一种金属合金掺杂硬碳合金材料的制备方法与流程

本发明属于二次电池材料制备领域，具体的说是一种金属合金掺杂硬碳合金材料的制备方法。

背景技术：

1、钠离子电池的负极材料主要有碳基材料(硬碳等)、钛基材料、合金材料等，但是钛基材料空气稳定性差，难以合成和应用，合金材料虽然具有高的比容量，但是纯使用膨胀较大，短期内难以批量使用，而硬碳材料虽然具有循环性能好、膨胀低、制备工艺简单等优点，但是其比容量低，存在电子导电率差等问题。而为提升硬碳负极材料的能量密度及其快充性能，需要与合金元素进行混合，发挥其合金元素能量密度高、功率性能好的特性，提升材料的能量密度及其结构稳定性。比如中国专利申请号202210665277.0公开了一种复合负极材料及其制备方法与钠离子电池，所述制备方法包括如下步骤：将碳源与锡源混合，得到前驱体；将所述前驱体于150-200℃进行缩聚固化后，得到热固性前驱体；碳化反应；之后进行粉碎，得到复合负极材料。所得材料通过锡掺杂使其形成钠锡合金提升材料的比容量，但是比容量偏低、金属元素的结构稳定性差，且所得材料的首次效率偏低。

技术实现思路

1、本发明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比容量及其功率性能，并兼顾材料的首次效率的金属合金掺杂硬碳合金材料的制备方法。

2、本发明的一种金属合金掺杂硬碳合金材料的制备方法，包括如下步骤：

3、步骤s1：按照质量比为糖酯类化合物：沥青基前驱体：氮源：sb2se3＝30-80:30-80:1-5:1-10,将糖酯类化合物、沥青基前驱体、氮源混合均匀后添加到二甘醇中混合均匀，再添加到sb2se3中混合均匀后，喷雾干燥(进口温度200℃，出口温度80℃，流量30ml/min)，之后在300-500℃碳化1-6h，得到sb2se3掺杂硬碳前驱体材料；

4、步骤s2：将sb2se3掺杂硬碳前驱体材料转移到管式炉，通入气体流量为10-100m l/min的碳源气体，在温度为700-1100℃碳化1-6h在其表面无定形碳，即得。

5、上述的一种金属合金掺杂硬碳合金材料的制备方法，其中步骤s1中所述的糖酯类化合物为2,3,5-三苄氧基-d-核糖酸-1,4-内酯，2,3-o-异丙亚基-l-来苏糖酸-1,4-内酯，l-葡糖酸-1,5-内酯，1,5-葡萄糖酸内酯，糖酸乙酯，核糖酸内酯，d-古洛糖酸-γ-内酯或d-甘露糖酸-1,4-内酯中的一种。

6、上述的一种金属合金掺杂硬碳合金材料的制备方法，其中步骤s1中所述的沥青基前驱体为煤沥青或石油沥青中的一种。

7、上述的一种金属合金掺杂硬碳合金材料的制备方法，其中步骤s1中所述的氮源为尿素、三聚氰胺或氨水中的一种。

8、上述的一种金属合金掺杂硬碳合金材料的制备方法，其中步骤s2中所述的碳源为甲烷、乙炔或乙烯中的一种。

9、本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知：本发明通过在糖酯类化合物掺杂sb2se3合金化合物，依靠其合金化合物自身高的比容量提升硬碳材料的比容量及功率性能，且复合材料利用sb可以与钠发生合金化反应提升材料的比容量及结构稳定性，se与氮和碳形成n-se-c共价键提升材料的比容量及电子导电率。同时，掺杂氮源提升材料的电子导电率及其外层包覆无定形碳提升材料的首次效率。

技术特征：

1.一种金属合金掺杂硬碳合金材料的制备方法，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种金属合金掺杂硬碳合金材料的制备方法，其中步骤s1中所述的糖酯类化合物为2,3,5-三苄氧基-d-核糖酸-1,4-内酯， 2,3-o-异丙亚基-l-来苏糖酸-1,4-内酯，l-葡糖酸-1,5-内酯，1,5-葡萄糖酸内酯，糖酸乙酯，核糖酸内酯， d-古洛糖酸-γ-内酯或 d-甘露糖酸-1,4-内酯中的一种。

3.如权利要求1所述的一种金属合金掺杂硬碳合金材料的制备方法，其中步骤s1中所述的沥青基前驱体为煤沥青或石油沥青中的一种。

4.如权利要求1所述的一种金属合金掺杂硬碳合金材料的制备方法，其中步骤s1中所述的氮源为尿素、三聚氰胺或氨水中的一种。

5.如权利要求1所述的一种金属合金掺杂硬碳合金材料的制备方法，其中步骤s2中所述的碳源为甲烷、乙炔或乙烯中的一种。

技术总结
本发明公开了一种金属合金掺杂硬碳合金材料的制备方法，包括：按照质量比为糖酯类化合物：沥青基前驱体：氮源：Sb<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;=30‑80:30‑80:1‑5:1‑10,将糖酯类化合物、沥青基前驱体、氮源混合均匀后添加到二甘醇中混合均匀，再添加到Sb<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;中混合均匀后，喷雾干燥，之后在温度为300‑500℃碳化1‑6h，得到Sb<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;掺杂硬碳前驱体材料；将Sb<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;掺杂硬碳前驱体材料转移到管式炉，通入气体流量为10‑100ml/min的碳源气体，在温度为700‑1100℃碳化1‑6h在其表面无定形碳，即得。本发明能提升硬碳材料的比容量及其功率性能，并兼顾材料的首次效率。

技术研发人员：杜辉玉
受保护的技术使用者：晖阳（贵州）新能源材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15