一种磷锂掺杂碳包覆石墨快充负极材料及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池材料，具体地说，涉及一种磷锂掺杂碳包覆石墨快充负极材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着市场对锂离子电池快充需求的增加，要求锂离子电池所用负极材料具有优异的快充性能。而目前市场化的负极材料主要为人造石墨，充放电过程中锂离子从片层石墨层间嵌入锂离子形成lixc化合物，迁移速度较慢，而提升锂离子嵌脱速率的措施主要有：降低石墨的粒径，增加无定形碳包覆及其掺杂电子或离子导电率高的金属或离子化合物改善材料的电子导电性及其离子扩散速率，但是会带来首次效率降低，高温存储差等问题。如公开号为cn115084475a的专利，公开了一种快离子导体包覆石墨复合材料及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：(1)将石墨、金属盐和聚合物混合，烧结，得到多孔石墨复合体；(2)将多孔石墨复合体、催化剂、功能添加剂和有机溶剂混合，进行浸泡反应，得到石墨前驱体；(3)采用磁控溅射法，在石墨前驱体表面包覆快离子导体，得到快离子导体包覆石墨复合材料。虽然快充性能得到改善，但是存在高温性能偏差，循环性能偏差等问题，对首次效率和快充性能改善幅度不大。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题：

2、用以解决快充石墨的高温性能偏差，循环性能差的问题。本发明采用的技术方案：

3、针对上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种磷锂掺杂碳包覆石墨快充负极材料及其制备方法，通过在石墨表面包覆磷锂掺杂无定形碳，提升外壳材料的电子和离子导电率，提升倍率性能，并减少其副反应，提升循环和存储性能。

4、具体内容如下：

5、第一，本发明通过了一种磷锂掺杂碳包覆石墨快充负极材料，负极材料包括：

6、内核，其为石墨；

7、外壳，由里至外顺次为第一壳层、第二壳层；第一壳层包括锂掺杂无定形碳，第二壳层包括磷掺杂无定形碳。

8、第二，本发明提供了一种前述提及的磷锂掺杂碳包覆石墨快充负极材料的制备方法，包括如下步骤：

9、s1锂分散于四氢萘惰性溶剂中，再加入氧化石墨，经干燥、碳化得到锂包覆石墨前驱体。

10、具体为，

11、锂、四氢萘、氧化石墨的质量比为1～10:100～500:100。

12、氧化石墨：石墨浸泡于氧化剂溶液中，再经微波处理得到；石墨与氧化剂溶液的质量比为100:400～600；氧化剂(过氧化氢)的质量浓度为30％；

13、浸泡时一同搅拌处理，搅拌10～60min；

14、在惰性气氛(氩气)下，微波功率800w、5～20min。

15、干燥为，过滤后喷雾干燥，喷雾干燥采用常规操作方式即可。

16、s2锂包覆石墨前驱体加入至磷酸酯改性离子液体中，经引发剂引发聚合反应，再进行碳化，得到磷锂掺杂碳包覆石墨。

17、具体为，

18、锂包覆石墨前驱体、磷酸酯改性离子液体、引发剂的质量比为100:100～500:1～5。

19、磷酸酯改性离子液体的制备方法为：将1-10份磷酸酯添加到90～99份的离子液体中，在惰性气氛下，温度为25-80℃超声分散6-48h，得到1～10wt％的磷酸酯改性离子液体。

20、离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑碘盐、1-乙基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1,2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐中的至少一种；

21、磷酸酯包括磷酸二丁酯、磷酸三苯酯、磷酸三叔丁酯、磷酸正丁酯、磷酸甲酯、磷酸二苄酯至少一种；

22、引发剂包括过氧化二苯甲酰、过氧化二月桂酰、2,4-过氧化二氯苯甲酰、过氧化二(4-甲基苯甲酰基)中的至少一种。

23、聚合反应为紫外光引发聚合，功率100～2000w、紫外波长220～400nm、聚合10～120min。

24、本发明达到的技术效果：

25、通过在石墨内核包覆金属锂，并与碳形成的碳酸锂提升锂离子传输速率，及其外壳磷掺杂无定形碳提升材料的各向同性及其电子导电率的特性，并发挥其两者之间的协同效应，提升材料的功率性能和首次效率。同时双层包覆内核石墨，降低其副反应提升循环和存储性能。

技术特征：

1.一种磷锂掺杂碳包覆石墨快充负极材料，其特征在于，负极材料包括：

2.根据权利要求1所述的磷锂掺杂碳包覆石墨快充负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的磷锂掺杂碳包覆石墨快充负极材料的制备方法，其特征在于，s1包括特征(s1-1)：

4.根据权利要求2所述的磷锂掺杂碳包覆石墨快充负极材料的制备方法，其特征在于，s1包括特征(s1-2)：

5.根据权利要求4所述的磷锂掺杂碳包覆石墨快充负极材料的制备方法，其特征在于，s1包括特征(s1-2-1)至(s1-2-3)中的至少一个：

6.根据权利要求2至5中任意一项所述的磷锂掺杂碳包覆石墨快充负极材料的制备方法，其特征在于，s2包括特征(s2-1)至(s2-4)中的至少一个：

7.根据权利要求6所述的磷锂掺杂碳包覆石墨快充负极材料的制备方法，其特征在于，s2包括特征(s2-5)：

8.根据权利要求6所述的磷锂掺杂碳包覆石墨快充负极材料的制备方法，其特征在于，s2包括特征(s2-6)：

9.如权利要求2至8中任意一项所述的制备方法得到的磷锂掺杂碳包覆石墨快充负极材料。

技术总结
本发明涉及锂离子电池材料技术领域，公开了一种磷锂掺杂碳包覆石墨快充负极材料，负极材料包括：内核，其为石墨；外壳，由里至外顺次为第一壳层、第二壳层；第一壳层包括锂掺杂无定形碳，第二壳层包括磷掺杂无定形碳。本发明制备得到的复合材料发挥其石墨内核表面形成的碳酸锂提升锂离子传输速率，及其外壳磷掺杂无定形碳各向同性好、电子导电率的特性，并发挥其两者之间的协同效应，提升材料的功率性能，应用于锂离子电池具有快充性能好、首次效率高及其循环性能优异等特性。

技术研发人员：李佳坤,王昌华,谢凤强,林昌彪,覃伟才,李祥波
受保护的技术使用者：梧州市同创新能源材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1