一种金属氧化物掺杂硬碳复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池材料，具体的，涉及一种金属氧化物掺杂硬碳复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、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，以降低材料的阻抗提升首次效率。专利申请一种硫掺杂的生物质硬碳材料及其制备方法和应用(申请号为202111105546.x)的制备过程为：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，但是其存在功率性能偏差，首次效率偏低等问题。

技术实现思路

1、本发明提出一种金属氧化物掺杂硬碳复合材料及其制备方法，通过硬碳前驱体内核中掺杂金属及其外壳中包覆多孔银提升功率性能及首次效率，解决了相关技术中的硬碳材料存在常温功率性能偏差及首次效率偏低等方面的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种金属氧化物掺杂硬碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将碳氢化合物、造孔剂、金属盐在溶剂中混合均匀进行水热反应得到金属掺杂硬碳前驱体材料；

5、s2、以所述金属掺杂硬碳前驱体材料为基体，以蒸镀法将氟化银沉积在基体表面，得到银包覆金属掺杂硬碳复合材料；

6、s3、将所述银包覆金属掺杂硬碳复合材料添加到酸性蒸汽中进行表面刻蚀，洗涤干燥得到金属氧化物掺杂硬碳复合材料。

7、作为进一步的技术方案，所述步骤s1中，水热反应的反应温度100～200℃，反应时间为1-6h。

8、作为进一步的技术方案，所述步骤s2具体为：蒸镀炉腔体a为所述金属掺杂硬碳前驱体材料，蒸镀炉腔体b为氟化银粉体，腔体b抽真空到1～5*10-5torr，并在200～400a，300℃～500℃加热10～60min，之后打开腔体a和腔体b之间的阀门，使其氟化银沉积在基体表面，之后在惰性气氛中冷却，得到银包覆金属掺杂硬碳复合材料。

9、作为进一步的技术方案，所述步骤s2中，腔体a中抽真空到0.1～0.5torr。

10、作为进一步的技术方案，所述步骤s3具体为：将所述银包覆金属掺杂硬碳复合材料转移到反应器中，抽真空到-0.09～-0.9mpa，并在反应器中将浓硝酸或浓硫酸加热至气化进行刻蚀，降温到室温、洗涤、真空干燥得到金属氧化物掺杂硬碳复合材料。

11、作为进一步的技术方案，刻蚀30-300min。

12、作为进一步的技术方案，还包括如下技术特征中的至少一项：

13、所述碳氢化合物包括葡萄糖、蔗糖、木质素、纤维素中的一种或多种；

14、所述溶剂包括苯甲醇、二茂铁甲醇、环己醇、1,4-丁二醇、肉桂醇中的一种或多种；

15、所述造孔剂包括乙酸镍、乙酸铜、乙酸锰、乙酸铋、乙酸钴中的一种或多种。

16、作为进一步的技术方案，所述金属盐包括二乙基二硫代氨基甲酸银、三甲基膦的碘化银、三氟甲烷磺酸银、二乙氨基二硫代甲酸银中的一种或多种。

17、作为进一步的技术方案，所述碳氢化合物、造孔剂、金属盐、溶剂的质量比为100：1～10：1～10：500～1000。

18、本发明还提出一种金属氧化物掺杂硬碳复合材料，按照所述的制备方法得到，所述复合材料呈现核壳结构，内核为金属氧化物掺杂硬碳，外壳为多孔银。

19、本发明的工作原理及有益效果为：

20、1、通过水热法在硬碳前驱体中掺杂金属盐化合物，具有掺杂均匀，并实现分子级别的混合，降低阻抗；同时，依靠金属氧化物自身比容量高的特性，提升能量密度。

21、2、通过蒸镀法在硬碳表面沉积氟化银具有致密度高、沉积厚度可调，沉积完整度高等特性，同时，经过浓酸的表面刻蚀，得到的多孔银具有高的比表面积提升材料的吸液保液能力，并依靠外壳电子导电率高的氟化银与内核金属氧化物电子导电率的双重作用，提升材料的功率性能。

技术特征：

1.一种金属氧化物掺杂硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的金属氧化物掺杂硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，水热反应的反应温度100～200℃，反应时间为1-6h。

3.根据权利要求1所述的金属氧化物掺杂硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：蒸镀炉腔体a为所述金属掺杂硬碳前驱体材料，蒸镀炉腔体b为氟化银粉体，腔体b抽真空到1～5*10-5torr，并在200～400a，300℃～500℃加热10～60min，之后打开腔体a和腔体b之间的阀门，使其氟化银沉积在基体表面，之后在惰性气氛中冷却，得到银包覆金属掺杂硬碳复合材料。

4.根据权利要求3所述的金属氧化物掺杂硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，腔体a中抽真空到0.1～0.5torr。

5.根据权利要求1所述的金属氧化物掺杂硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3具体为：将所述银包覆金属掺杂硬碳复合材料转移到反应器中，抽真空到-0.09～-0.9mpa，并在反应器中将浓硝酸或浓硫酸加热至气化进行刻蚀，降温到室温、洗涤、真空干燥得到金属氧化物掺杂硬碳复合材料。

6.根据权利要求5所述的金属氧化物掺杂硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，刻蚀30-300min。

7.根据权利要求1所述的金属氧化物掺杂硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：

8.根据权利要求1所述的金属氧化物掺杂硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐包括二乙基二硫代氨基甲酸银、三甲基膦的碘化银、三氟甲烷磺酸银、二乙氨基二硫代甲酸银中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的金属氧化物掺杂硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，碳氢化合物、造孔剂、金属盐、溶剂的质量比为100：1～10：1～10：500～1000。

10.一种金属氧化物掺杂硬碳复合材料，其特征在于，按照权利要求1-9任意一项所述的制备方法得到，所述复合材料呈现核壳结构，内核为金属氧化物掺杂硬碳，外壳为多孔银。

技术总结
本发明涉及锂离子电池材料技术领域，提出了一种金属氧化物掺杂硬碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将碳氢化合物、造孔剂、金属盐在溶剂中混合均匀进行水热反应得到金属掺杂硬碳前驱体材料；S2、以所述金属掺杂硬碳前驱体材料为基体，以蒸镀法将氟化银沉积在基体表面，得到银包覆金属掺杂硬碳复合材料；S3、将所述银包覆金属掺杂硬碳复合材料添加到酸性蒸汽中进行表面刻蚀，洗涤干燥得到金属氧化物掺杂硬碳复合材料。通过上述技术方案，解决了相关技术中的硬碳材料存在常温功率性能偏差及首次效率偏低等方面的问题。

技术研发人员：宋志涛,宋会英,胡志林,宋凡,陈江波
受保护的技术使用者：四川坤天新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13