一种纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料及其制备方法，该复合材料呈现核壳结构，内核为银掺杂硬碳材料，外壳为钛掺杂无定形碳组成，以复合材料质量

【技术实现步骤摘要】
一种纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于钠离子电池材料制备领域，具体的说是一种纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料，同时还涉及该纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料的制备方法
。

技术介绍

[0002]硬碳作为钠离子电池负极材料的主要材料，以其材料来源广泛，成本低
、
制备工艺简单等优点而成为钠离子电池的首选材料，但是其存在比容量偏低
、
首次效率低及功率性能偏差等问题
。
虽然可以通过掺杂氮
、
磷等物质提升材料的比容量或包覆无定形碳提升材料的首次效率，但是对电池的功率性能提升幅度较低
、
且功率性能并没有得到明显改善
。
比如专利申请号
202211413792.6
公开了一种硬碳
‑
氮磷双掺杂纳米碳复合碳材料及其制备方法，通过金属源高温催化效应在硬碳外生长了一层具有高钠存贮能力
、
结构稳定
、
高库伦效率的纳米碳外壳，以提升首次效率及其循环性能，但是由于内核硬碳的电子导电率差，造成其材料的倍率性能偏差和循环性能偏差
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服上述缺点而提供的一种能提升硬碳材料的功率性能和循环性能的纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料
。
[0004]本专利技术的另一目的在于提供该纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料的制备方法<br/>。
[0005]本专利技术的一种纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料，呈现核壳结构，内核为银掺杂硬碳材料，外壳为钛掺杂无定形碳组成，以复合材料质量
100
％计算，外壳的质量为2‑8％
。
[0006]本专利技术的一种纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤
S1
：按照质量比将聚丙烯腈：氨基酚醛树脂：杂原子化合物：有机溶剂＝
10
‑
50
：
10
‑
50
：1‑5：
500
‑
1000
，将聚丙烯腈，氨基酚醛树脂
、
杂原子化合物溶于有机溶剂中，配置成质量浓度为
2.1
‑
21
％溶液，之后在注射泵的推进速率为
20
～
100ml/min、
纺丝针头为
0.1
～
1mm
的平针头
、
高压直流电源为
10
～
20KV、
纺丝喷头与滚筒的距离为
10
～
50cm
，通过静电纺丝形成纤维状结构前驱体；
[0008]步骤
S2
：将纤维状结构前驱体转移到密闭状态下，在真空度为1‑
10torr
，在温度为
400
‑
600℃
通入水银蒸汽，流量1‑
10ml/min
对其进行掺杂
10
‑
120min
，之后自然降温到室温，得到银掺杂硬碳前驱体；
[0009]步骤
S3
；按照质量比银掺杂硬碳前驱体：钛酸酯为
100:1
‑
5,
将银掺杂硬碳前驱体添加到1‑
10wt
％钛酸酯的沥青的四氯化碳有机溶剂中，在温度为
1200
‑
1500℃
碳化1‑
6h
，即
得
。
[0010]上述的一种纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料的制备方法，其中步骤
S1
中氨基酚醛树脂的制备方法为：按照对氨基苯酚
:
甲醛
:
三亚乙基四胺质量比为
10
：
10
‑
20
：1‑5，溶解到蒸馏水中配置成1‑
10wt
％的溶液，并转移到高压反应釜中，在温度为
100
‑
200℃,
压强为1‑
5Mpa
反应1‑
6h
，过滤，滤渣在真空度为
750Torr
，温度为
80℃
真空干燥
24h
，得到前驱体；之后按照前驱体：碳酸钠质量比为
100
：1‑
10
混合均匀，并在温度
400
‑
600℃
热处理1‑
6h
，然后采用稀盐酸
、
去离子水洗涤
10
次，所得材料在真空度为
750Torr
，温度为
80℃
真空干燥
24h
，即得
。
[0011]上述的一种纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料的制备方法，其中所述步骤
S1
中杂原子化合物为吡咯
、
吡啶
、
喹啉
、
异喹啉
、
吖啶
、
咔唑或吲哚中的一种
。
[0012]上述的一种纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料的制备方法，其中所述步骤
S1
中有机溶剂为丙酮
、
四氢呋喃
、
二甲基甲酰胺
、
二甲基乙酰胺或氯仿中的一种
。
[0013]上述的一种纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料的制备方法，其中步骤
S3
中1‑
10wt
％钛酸酯的沥青的四氯化碳有机溶剂的制备方法为：将1‑
10
份沥青溶解于四氯化碳溶液中分散均匀后，添加1‑
10
份钛酸酯分散均匀，即得
。
[0014]本专利技术与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知：本专利技术通过真空蒸镀法在其硬碳中掺杂银蒸汽，具有效率高，一致性高，并依靠其银自身电子导电率高的特性，降低硬碳材料的电子导电率，改善倍率性能
。
采用静电纺丝法制备出的纤维状硬碳前驱体与市场上颗粒状硬碳相比，具有膨胀低，循环性能好等特性；同时，掺杂杂原子化合物，提升材料的活性点，提升材料的比容量及其功率性能
。
沥青溶液中掺杂钛酸酯，碳化后得到钛掺杂无定形碳，依靠其氧化钛在充放电中与钠离子形成钛酸钠，提升材料的结构稳定性，并改善循环性能
。
附图说明
[0015]图1为实施例1制备出的钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料的
SEM
图
。
具体实施方式
[0016]实施例1[0017]一种纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料的制备方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料，呈现核壳结构，内核为银掺杂硬碳材料，外壳为钛掺杂无定形碳组成，以复合材料质量
100%
计算，外壳的质量为2‑
8%。2.
一种纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤
S1
：按照质量比将聚丙烯腈：氨基酚醛树脂：杂原子化合物：有机溶剂
=10
‑
50
：
10
‑
50
：1‑5：
500
‑
1000
，将聚丙烯腈，氨基酚醛树脂
、
杂原子化合物溶于有机溶剂中，配置成质量浓度为
2.1
‑
21%
溶液，之后在注射泵的推进速率为
20
～
100ml/min、
纺丝针头为
0.1
～
1mm
的平针头
、
高压直流电源为
10
～
20KV、
纺丝喷头与滚筒的距离为
10
～
50cm
，通过静电纺丝形成纤维状结构前驱体；步骤
S2
：将纤维状结构前驱体转移到密闭状态下，在真空度为1‑
10torr
，在温度为
400
‑
600℃
通入水银蒸汽，流量1‑
10ml/min
对其进行掺杂
10
‑
120min
，之后自然降温到室温，得到银掺杂硬碳前驱体；步骤
S3:
按照质量比银掺杂硬碳前驱体：钛酸酯为
100:1
‑
5,
将银掺杂硬碳前驱体添加到1‑
10wt%
钛酸酯的沥青的四氯化碳有机溶剂中，在温度为
1200
‑
1500℃
碳化1‑
6h
，即得
。3.
如权利要求2所述的一种纤维状钛掺杂无定形碳包覆银硬碳复合材料的制备方法，其中步骤
S1
中氨基酚醛树脂的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡文良，
申请(专利权)人：晖阳贵州新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：