一种预锂化硬碳复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术实施例公开了一种预锂化硬碳复合材料，其为核壳结构，内核包括掺杂的银和铌酸钛的硬碳，外壳包括锂盐和无定形碳。其制备如下：将碳源、银粉、铌酸钛和有机溶剂混合，加热反应，喷雾干燥，得到硬碳前驱体；有机锂盐和二氟磷酸锂分散于有机溶剂中作为反应溶液，以硬碳前驱体固定至电极上制备得到工作电极，以电化学沉积法沉积锂盐，得到预锂化硬碳材料，碳化后得到所述预锂化硬碳复合材料。本发明专利技术预锂化硬碳复合材料以掺杂银粉和铌酸钛的硬碳作为内核，银粉和铌酸钛协同作用，提升复合材料的电子导电率和结构稳定性，提升功率和循环性能，外壳中沉积锂盐，提升材料的振实密度和离子导电率。子导电率。子导电率。

【技术实现步骤摘要】
一种预锂化硬碳复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料制备领域，具体的说是一种预锂化硬碳复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]硬碳材料以其膨胀低、低温性能优异、大倍率循环性能好等优点而应用于混合动力电池等领域，但是其自身首次效率低，比容量低，压实密度低、电子导电率差等缺点限制其在纯动电动车等领域的应用。而提升硬碳的比容量和首次效率的措施很多，比如掺杂、造孔等，以降低材料的阻抗提升首次效率，比如现有技术公开的一种硫掺杂的生物质硬碳材料，是将生物质原料进行预处理、粉碎，得到前驱体粉末，之后与无机盐、硫源混合球磨，碳化烧结，酸洗得到硬碳复合材料，虽然材料的电子导电率得到提升但是提升幅度不大，但是材料的离子导电率和首次效率并未改善。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，为提升硬碳材料的首次效率及其功率性能，本专利技术通过电化学沉积法在银掺杂硬碳前驱体中沉积锂盐制得复合材料，以提升其首次效率和功率性能。
[0004]本专利技术的技术目的通过以下技术方案实现：
[0005]本专利技术第一方面的技术问题是提供一种预锂化硬碳复合材料，其为核壳结构，内核包括掺杂银和铌酸钛的硬碳，外壳包括锂盐和无定形碳，按照复合材料的总重量计，所述外壳的重量百分比为1
‑
10wt％。
[0006]进一步的，以内核的重量计，银占1
‑
15wt％，铌酸钛占1
‑
15wt％，其余为硬碳；以外壳的重量计，锂盐占5
‑
15wt％，无定形碳占85
‑
95wt％。
[0007]进一步的，所述预锂化硬碳复合材料的粒径为2
‑
15μm，优选为5
‑
10μm。
[0008]本专利技术第二方面的技术目的是提供一种预锂化硬碳复合材料的制备方法，包括：
[0009]将碳源、银粉、铌酸钛和有机溶剂混合，加热反应，喷雾干燥，得到硬碳前驱体作为内核；
[0010]将有机锂盐和二氟磷酸锂分散于有机溶剂中作为反应溶液，以硬碳前驱体固定至电极上制备得到工作电极，以电化学沉积法在工作电极的硬碳前驱体上沉积锂盐，反应后经洗涤、干燥，得到预锂化硬碳材料；
[0011]将预锂化硬碳材料碳化，降温、粉碎、分级，得到所述预锂化硬碳复合材料。
[0012]进一步的，所述碳源、银粉、铌酸钛和有机溶剂按照重量比为100:1
‑
10:1
‑
10:500
‑
1500混合；反应的温度为50
‑
100℃，时间为30
‑
300min。所述有机溶剂选自甲醇、氯仿、乙酸乙酯和1，3
‑
丁二醇中的至少一种。所述碳源选自鼠李糖、乳糖和麦芽糖中的至少一种。
[0013]进一步的，所述电化学沉淀过程中，是将硬碳前驱体压制到泡沫镍上作为工作电极，以饱和甘汞电极作为对电极，反应完成后，去除泡沫镍，得到预锂化硬碳材料。
[0014]进一步的，所述电化学沉积法为循环伏安法，电压范围为
‑
2V
‑
2V，扫描速度为0.5
‑
5mV/s，周数为10
‑
100周。
[0015]进一步的，所述有机锂盐、二氟磷酸锂和有机溶剂按重量比为5
‑
15:1
‑
5:100混合。所述有机锂盐选自草酸锂、水杨酸锂和柠檬酸锂中的至少一种；所述有机溶剂选自碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯和氟代碳酸乙烯酯中的至少一种。
[0016]进一步的，所述碳化在惰性气氛中进行，温度为700
‑
1200℃碳化1
‑
6h。
[0017]本专利技术第三方面的技术目的在于提供上述复合材料作为电池负极材料的应用，尤其是锂离子电池。
[0018]实施本专利技术的实施例，具有以下有益效果：
[0019](1)本专利技术预锂化硬碳复合材料以掺杂银粉和铌酸钛的硬碳作为内核，银粉和铌酸钛协同作用，提升复合材料的电子导电率和结构稳定性，提升功率和循环性能，外壳中沉积锂盐，提升材料的振实密度和离子导电率。
[0020](2)本专利技术通过碳源、银粉、铌酸钛和有机溶剂的混合物制备硬碳前驱体，再通过电化学沉积在其硬碳前驱体中沉积锂盐，得到核壳型复合材料，能减少材料的表面缺陷，提升材料的首次效率，通过在材料的孔隙中沉积锂盐，提升材料的振实密度和提升材料的离子导电率，提升倍率性能。
[0021](3)本专利技术将有机锂盐和二氟磷酸锂(无机锂盐)作为锂盐沉积在外层，依靠其有机锂盐自身离子导电率高、低温性能优异，无机锂盐高温性能优异、高电压下结构稳定、成本低等优点，发挥两者之间的协同作用，在外层形成的SEI膜具有有机成分和无机成分，提升材料的高低温、循环及倍率性能。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为实施例1制备出的预锂化硬碳复合材料的SEM图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]实施例1
[0026]S1：将100g鼠李糖、5g银粉、5g铌酸钛机械混合，之后添加1000g氯仿有机溶剂，并在80℃加热90min，得到前驱体溶液，喷雾干燥(进口温度200℃，出口温度80℃，蒸发量1L/h)，得到硬碳前驱体；
[0027]S2:将10g草酸锂添加到100g碳酸亚乙烯酯有机溶剂中分散均匀，之后添加2g二氟磷酸锂，分散均匀，得到混合溶剂；之后采用循环伏安法，将硬碳前驱体压制到泡沫镍上并
作为工作电极，饱和甘汞电极作为对电极，扫描速度1mV/s，周数50周，在工作电极表面沉积锂盐，之后采用去离子水洗涤，80℃真空干燥24h，之后在泡沫镍上去除泡沫镍，得到预锂化硬碳材料；
[0028]S3:将预锂化硬碳转移到管式炉中，在氩气惰性气氛下，在温度为900℃碳化3h，之后在氩气惰性气氛下降温到室温，粉碎，分级，得到预锂化硬碳复合材料。
[0029]实施例2
[0030]S1:将100g乳糖、1g银粉、1g铌酸钛机械混合，之后添加500g乙酸乙酯有机溶剂，并在50℃加热300min，得到前驱体溶液，喷雾干燥(进口温度200℃，出口温度80℃，蒸发量1L/h)，得到硬碳前驱体；
[0031]S2:将5g水杨酸锂添加到100g碳酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预锂化硬碳复合材料，其特征在于，其为核壳结构，内核包括掺杂银和铌酸钛的硬碳，外壳包括锂盐和无定形碳，按照复合材料的总重量计，所述外壳的重量百分比为1
‑
10wt％。2.根据权利要求1所述的预锂化硬碳复合材料，其特征在于，以内核的重量计，银占1
‑
15wt％，铌酸钛占1
‑
15wt％，其余为硬碳；以外壳的重量计，锂盐占5
‑
15wt％，无定形碳占85
‑
95wt％。3.权利要求1所述的预锂化硬碳复合材料的制备方法，包括：将碳源、银粉、铌酸钛和有机溶剂混合，加热反应，喷雾干燥，得到硬碳前驱体作为内核；将有机锂盐和二氟磷酸锂分散于有机溶剂中作为反应溶液，以硬碳前驱体固定至电极上制备得到工作电极，以电化学沉积法在工作电极的硬碳前驱体上沉积锂盐，反应后经洗涤、干燥，得到预锂化硬碳材料；将预锂化硬碳材料碳化，降温、粉碎、分级，得到所述预锂化硬碳复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碳源、银粉、铌酸钛和有机溶剂按照重量比为100:1
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10:1
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10:500
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1500混合；反应的温度为50
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100℃，时间为30
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300min。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘灿，
申请(专利权)人：深圳钠博恩新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：