一种高功率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，涉及一种高功率硬碳复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、碳材料以其丰富的储量、优秀的导电性和良好的循环稳定性而成为负极材料必然的选择。根据碳材料石墨化程度的差别，碳材料通常可以分为石墨材料(天然石墨和改性石墨)和无定形碳硬碳和软碳)。

2、硬碳材料以其膨胀低、低温性能优异、材料来源广泛等优点而应用于hev等领域，但是其首次效率低、常温功率性能偏差限制其在ev等领域的推广和应用。

3、而提升材料首次效率的方法为材料表面包覆软碳，首次效率虽然可以提升，但是会降低材料的功率性能；如果通过降低粒径或掺杂金属元素虽然可以提升材料的功率性能，但是会降低能量密度。因此通过对其掺杂包覆等措施，既能提升能量密度，首次效率，并能提升材料的功率性能显得非常必要。

技术实现思路

1、本发明提出一种高功率硬碳复合材料及其制备方法，解决了现有技术中的硬碳的功率性能、首次效率、循环性能较差的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种高功率硬碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将树脂添加到有机醇中溶解，然后添加无机铁盐，得到悬浊液a；

5、s2、将氟化氨添加到氧化石墨烯溶液中分散均匀，得到溶液b；

6、s3、将溶液b添加到悬浊液a中，升温至50-100℃，添加交联剂，并通入氧化性气体，得到混合物c；

7、s4、将混合物c干燥后碳化得到高功率硬碳复合材料。

8、作为进一步的技术方案，所述树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂中的一种或多种。

9、作为进一步的技术方案，所述有机醇包括丁二醇、乙二醇、丙三醇、正丁醇、苯甲醇中的一种或多种。

10、作为进一步的技术方案，所述无机铁盐中铁的化合价为三价。

11、作为进一步的技术方案，所述无机铁盐为硫酸铁、硝酸铁、氯化铁中的一种或多种。

12、作为进一步的技术方案，所述树脂、有机醇、无机铁盐的质量比为100：500-2000：1-10。

13、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：

14、所述氧化石墨烯溶液为氧化石墨烯的n-甲基吡咯烷酮溶液；

15、所述氧化石墨烯的浓度为1-5wt%；

16、所述氟化氨与氧化石墨烯的质量比为1-10：0.5-2。

17、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：

18、所述交联剂与树脂的质量比为5-20：100；

19、所述交联剂为糠醛、苯甲醛、三聚甲醛、甲醛中的一种。

20、作为进一步的技术方案，所述氧化性气体为氯气、溴气、氧气、过氧化氢中的一种。

21、作为进一步的技术方案，所述悬浊液a与溶液b的添加量按照如下基准：fe3+与f-的摩尔比为1:1-5。

22、作为进一步的技术方案，所述碳化温度800-1200℃，时间为1-6h。

23、作为进一步的技术方案，所述氧化性气体的气流速率为10-100ml/min，通入时间为30-300min。

24、一种高功率硬碳复合材料，按照所述的制备方法得到，由硬碳及其掺杂在之间的氟化铁组成，氟化铁的质量比占所述复合材料的总量的1-10wt%。

25、本发明的工作原理及有益效果为：

26、1、本发明将氟化铁掺杂在硬碳中，一方面利用氟化铁自身高的比容量及高的电子导电率，降低阻抗，另一方面氟化铁与电解液具有较好的相容性，能够提升高温存储性能。

27、2、采用液相法将无机铁盐均匀混合在硬碳前驱体中，降低阻抗；同时氟化物掺杂在氧化石墨烯溶液中，依靠石墨烯的片层结构避免氟化物自身的团聚；同时，通过添加交联剂及氧化性气体进行表面处理，在硬碳中形成孔洞提升储锂容量，且依靠氧化性气体减少材料表面的缺陷，提升首次效率。

技术特征：

1.一种高功率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所述的一种高功率硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种高功率硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述无机铁盐中铁的化合价为三价。

4.根据权利要求3所述的一种高功率硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述无机铁盐为三价铁盐硫酸铁、硝酸铁、氯化铁中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种高功率硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述树脂、有机醇、无机铁盐的质量比为100：500-2000：1-10。

6.根据权利要求1所述的一种高功率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：

7.根据权利要求1所述的一种高功率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所述的一种高功率硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化性气体为氯气、溴气、氧气、过氧化氢中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种高功率硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述悬浊液a与溶液b的添加量按照如下基准：fe3+与f-的摩尔比为1:1-5。

10.一种高功率硬碳复合材料，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，由硬碳及其掺杂在之间的氟化铁组成，氟化铁的质量比占所述复合材料的总量的1-10wt%。

技术总结
本发明涉及锂离子电池材料技术领域，提出了一种高功率硬碳复合材料及其制备方法，包括以下步骤：S1、将树脂添加到有机醇中溶解，然后添加无机铁盐，得到悬浊液A；S2、将氟化氨添加到氧化石墨烯溶液中分散均匀，得到溶液B；S3、将溶液B添加到悬浊液A中，升温至50‑100℃，添加交联剂，并通入氧化性气体，得到混合物C；S4、将混合物C干燥后碳化得到高功率硬碳复合材料。通过上述技术方案，解决了现有技术中的硬碳的功率性能、首次效率、循环性能较差的问题。

技术研发人员：宋志涛,陈佐川,陈经玲,李四新,高永静
受保护的技术使用者：河北坤天新能源股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13