一种软碳包覆硬碳复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于二次电池材料制备技术领域，具体涉及一种软碳包覆硬碳复合材料及其制备方法，该一种软碳包覆硬碳复合材料的制备方法，按质量份数比，制备软碳包覆硬碳复合材料包括：软碳原材料

【技术实现步骤摘要】
一种软碳包覆硬碳复合材料及其制备方法
[0001]

[0002]本专利技术属于二次电池材料制备
，具体涉及一种软碳包覆硬碳复合材料及其制备方法
。

技术介绍

[0003]锂离子电池由于具有高能量密度
、
输出电压高
、
无记忆效应的优点被广泛应用于动力电池
、
手机等领域，而负极材料又是影响锂离子电池的关键材料
。
目前商用的锂电池负极材料主要是石墨，但是石墨比容量较低（理论容量仅为
372mAh/g
），倍率性能较差，并且在高倍率充放电时存在安全隐患
。
[0004]除了石墨材料外，满足目前商业应用的其他碳材料还有硬碳
、
软碳等，硬碳材料是指难石墨化的碳，结构上属于高度无序，其具有较好的低温性能，较低的膨胀及其优异的循环性能，但是其压实密度偏低（
1.0g/cm3
左右），首次效率偏低（
80%
左右）限制其能量密度的提高
。
而软碳属于沥青碳化后形成的炭材料，结构上属于无序，压实密度适中（
1.2—1.4g/cm3
），但是其存在电压平台高，倍率性能一般
、
功率性能略差于硬碳等特性
。
[0005]综合来看，以现有碳材料为负极材料存在电压平台高，倍率性能一般
、
功率性能略差于硬碳等特性
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种软碳包覆硬碳复合材料，能够通过酸碱反应
、
偶联剂实现化学键连接软碳包覆硬碳的纤维状结构材料，降低材料的膨胀及其功率性能，同时外壳中掺杂的氮掺杂提升材料的电子导电率及其磷的造孔作用提升材料比容量
。
[0007]本专利技术采取的技术方案具体如下：一种软碳包覆硬碳复合材料，按质量份数比，制备所述软碳包覆硬碳复合材料包括：软碳原材料
100
份
、
碱性功能添加剂
10
‑
30
份
、
固化剂1‑5份
、
有机溶剂
A500
‑
1000
份，其中，所述有机溶剂
A
为四氯化碳
、N
‑
甲基吡咯烷酮和环己烷中的任一种；以及，硬碳原材料
100
份
、
酸性功能添加剂
10
‑
30
份
、
偶联剂1‑5份
、
有机溶剂
B500
‑
1000
份，其中，所述有机溶剂
B
为四氢呋喃
、
二氯甲烷和
N
，
N
‑
二甲基乙酰胺中的任一种
。
[0008]在一种优选方案中，所述软碳原材料为石油沥青
、
煤沥青和沥青中间相中的任一种
。
[0009]在一种优选方案中，所述碱性功能添加剂为三聚氰胺
、
聚酰胺
、
磷酸铵盐和聚磷酸铵中的任一种，所述固化剂为苯酚
、
乙二胺和
N,N
‑
二甲基乙二胺中的任一种
。
[0010]在一种优选方案中，所述硬碳原材料为酚醛树脂
、
糠醛树脂
、
环氧树脂
、
木质素和淀粉中的任一种
。
[0011]在一种优选方案中，所述酸性功能添加剂为衣康酸
、
柠康酸
、
中康酸
、
乳酸
、
琥珀酸
、
苹果酸
、
柠檬酸和丙酮酸中的任一种，所述偶联剂为3‑
氨丙基三甲氧基硅烷
、3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷
、
（3‑
氨基丙基）甲基二乙氧基硅烷
、N
‑
（
β
‑
氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷
、N
‑
（
β
‑
氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷和3‑
（苯基氨基）丙基三甲氧基硅烷中的任一种
。
[0012]本专利技术的第二目的在于提供一种软碳包覆硬碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：将软碳原材料
100
份
、
碱性功能添加剂
10
‑
30
份和固化剂1‑5份添加到有机溶剂
A500
‑
1000
份中，并搅拌混合得到溶液
A
；将硬碳原材料
100
份
、
酸性功能添加剂
10
‑
30
份和偶联剂1‑5份添加到有机溶剂
B500
‑
1000
份中，并搅拌混合得到溶液
B
；使用双螺旋静电纺丝设备，通过静电纺丝技术将溶液
A
和溶液
B
同时纺丝，形成纤维丝束；将纤维丝束进行真空干燥，并形成干燥的复合纤维丝束；将干燥的复合纤维丝束通过高温热解，使软碳和硬碳发生碳化反应，形成软碳包覆硬碳的复合材料
。
[0013]在一种优选方案中，所述双螺旋静电纺丝设备包括内环和外环，所述溶液
A
放置于内环，所述溶液
B
放置于外环
。
[0014]在一种优选方案中，所述形成纤维丝束的步骤，包括：使溶液
A
和溶液
B
从内环和外环的喷头中同时喷出；施加高压电场，将使溶液
A
和溶液
B
中的成分受到相互作用力的影响，形成细长的纤维丝束在一种优选方案中，所述高压电场的电压为
10KV
‑
30KV。
[0015]在一种优选方案中，在纤维丝束形成的过程中，通过调节双螺旋静电纺丝设备的参数，调整纤维丝束的直径和形态，所述参数包括间距为
10—30cm
，流速为
1—10ml/min
，反应时间为
10—100min。
[0016]上述软碳包覆硬碳复合材料或由上述软碳包覆硬碳复合材料的制备方法得到复合物的应用，包括内核和外壳，所述内核为硬碳复合材料，所述外壳为软碳复合材料，所述外壳的质量占比为
10%
‑
50%。
[0017]本专利技术取得的技术效果为：本专利技术，通过酸碱反应
、
偶联剂实现化学键连接软碳包覆硬碳的纤维状结构材料，提升材料的电子导电率和改善循环性能；本专利技术，在外壳中对其软碳掺杂氮原子提升材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种软碳包覆硬碳复合材料，其特征在于，按质量份数比，制备所述软碳包覆硬碳复合材料包括：软碳原材料
100
份
、
碱性功能添加剂
10
‑
30
份
、
固化剂1‑5份
、
有机溶剂
A500
‑
1000
份，其中，所述有机溶剂
A
为四氯化碳
、N
‑
甲基吡咯烷酮和环己烷中的任一种；以及，硬碳原材料
100
份
、
酸性功能添加剂
10
‑
30
份
、
偶联剂1‑5份
、
有机溶剂
B500
‑
1000
份，其中，所述有机溶剂
B
为四氢呋喃
、
二氯甲烷和
N
，
N
‑
二甲基乙酰胺中的任一种
。2.
根据权利要求1所述的软碳包覆硬碳复合材料，其特征在于，所述软碳原材料为石油沥青
、
煤沥青和沥青中间相中的任一种
。3.
根据权利要求1或2所述的软碳包覆硬碳复合材料，其特征在于，所述碱性功能添加剂为三聚氰胺
、
聚酰胺
、
磷酸铵盐和聚磷酸铵中的任一种，所述固化剂为苯酚
、
乙二胺和
N,N
‑
二甲基乙二胺中的任一种
。4.
根据权利要求1所述的软碳包覆硬碳复合材料，其特征在于，所述硬碳原材料为酚醛树脂
、
糠醛树脂
、
环氧树脂
、
木质素和淀粉中的任一种
。5.
根据权利要求1或4所述的软碳包覆硬碳复合材料，其特征在于，所述酸性功能添加剂为衣康酸
、
柠康酸
、
中康酸
、
乳酸
、
琥珀酸
、
苹果酸
、
柠檬酸和丙酮酸中的任一种，所述偶联剂为3‑
氨丙基三甲氧基硅烷
、3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷
、
（3‑
氨基丙基）甲基二乙氧基硅烷
、N
‑
（
β
‑
氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷
、N
‑
（
β
...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴国军，王福寿，王福国，王福山，裴成勇，王海旭，曹志平，
申请(专利权)人：天宏基科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：