一种储能电池用多孔碳包覆石墨复合材料及其制备方法与流程

文档序号:42573905发布日期:2025-07-29 17:29阅读:26来源:国知局

本发明属于锂离子电池材料制备领域,具体的说是一种储能电池用多孔碳包覆石墨复合材料,同时还涉及该储能电池用多孔碳包覆石墨复合材料的制备方法。


背景技术:

1、目前市场化的储能电池用负极材料主要以单颗粒人造石墨为主,其具有比表面积小、表面缺陷少、各项同性度高等优点,但因吸液性能差、满电膨胀高,降低了其材料的循环性能。对此有通过在材料表面包覆杂原子掺杂无定形碳来降低材料的缺陷、提升材料的首次效率及循环性能,比如专利申请号cn202211634265.8公开了长循环锂电池负极材料及其制备方法以及负极极片和锂电池,该负极材料包括内核、包覆内核的中间层以及包覆中间层的外层;所述内核包括碳基负极活性物质,所述中间层包括氟掺杂无定形碳,所述外层包括成膜辅助剂。其在碳基负极活性物质表面包覆氟掺杂无定形碳层,可以有效抑制溶剂化锂离子的共嵌入,阻止循环过程中活性材料的结构破坏,尤以采用气相沉积包覆工艺形成的氟掺杂无定形碳层效果最好;而在外层表面均匀负载成膜辅助剂层,有利于负极表面形成均匀、稳定的sei膜,保障所组装的电池的循环性能、稳定性和使用寿命。但是循环过程中负极材料的膨胀造成sei的反应重组消耗锂离子,降低了循环性能,使该负极材料的循环性能提升幅度有限。


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石墨的循环性能及存储性能的储能电池用多孔碳包覆石墨复合材料。

2、本发明的另一目的在于提供该储能电池用多孔碳包覆石墨复合材料的制备方法。

3、本发明的一种储能电池用多孔碳包覆石墨复合材料,其是由内核石墨,及包覆在表面的锂杂原子掺杂多孔碳组成;按照复合材料质量比100%计算,外壳的质量比5-10wt%;外壳是由1-5wt%的氧化锂、1-5wt%氧化铝、0.5-2%的杂原子,5-10wt%多孔碳, 其余为无定形碳组成。

4、上述的一种储能电池用多孔碳包覆石墨复合材料,其中所述的杂原子为氮原子。

5、本发明的一种储能电池用杂多孔碳包覆石墨复合材料的制备方法,包括如下步骤:

6、步骤s1:按照质量比为金属有机框架:树脂:氨基有机锂化合物:双氧水=5-15:100:1-5:1-5,将金属有机框架添加到有机溶剂中配置质量浓度为1-10%的有机模板剂溶液,之后添加树脂,氨基有机锂化合物混合均匀后,添加双氧水,在温度为50-120℃下反应6-24h,过滤,滤渣在900-1300℃高温活化1-6h,得到锂掺杂多孔碳;

7、步骤s2:按照质量比为锂掺杂多孔碳:有机溶剂:石墨:有机铝化合物:有机碱=5-15:500:100:5-10:5-10,将锂掺杂多孔碳添加到有机溶剂中,之后添加石墨、有机铝基化合物分散均匀后,滴加有机碱,在温度为50-120℃进行化学反应,过滤,所得滤渣在80℃真空干燥24h,1000-1300℃高温碳化1-6h即得。

8、步骤s1中所述的金属有机框架为zif-8、mof-74、mof-525、zif-67、uio-66或pfc-1;有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮、丙酮、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种。

9、步骤s1中所述的树脂为脲醛树脂、聚酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂或聚芳基乙炔树脂中的一种。

10、步骤s1中所述的氨基有机锂化合物为氨基锂、(二甲氨基)三氢硼酸锂、二异丙基氨基锂、六甲基二硅基氨基锂或氨基化锂中的一种。

11、步骤s2中所述的有机铝化合物为乙酸铝、双硬脂酸铝、柠檬酸铝、异辛酸铝、松香酸铝、十八酸铝、乳酸铝或二乙酸铝中的一种;有机碱为吡啶、咪唑、吲哚或吡咯中的一种;有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇或丙二醇中的一种。

12、本发明与现有有技术相比,具有明显的有益效果,从以上技术方案可知:本发明将树脂、氨基有机锂化合物、金属有机框架通过碳化、活化得到氮、锂掺杂多孔碳,锂掺杂多孔碳自身具有高的孔隙结构,能降低膨胀,提升保液性能,从而提升循环性能。氨基有机锂化合物在双氧水氧化剂的条件下聚合得到聚氨基锂化合物来提升材料的结构稳定性及电子导电率;金属有机框架自身高的孔隙率来提升多孔碳的孔强度,并提升材料储锂功能及降低膨胀;有机铝化合物与有机碱在温度50-120℃下反应生成氢氧化铝,碳化,得到多孔氧化铝,并包覆在石墨表面,来降低缺陷,提升首次效率。



技术特征:

1. 一种储能电池用多孔碳包覆石墨复合材料,其特征在于:是由内核石墨,及包覆在表面的锂杂原子掺杂多孔碳组成;按照复合材料质量比100%计算,外壳的质量比5-10wt%;外壳是由1-5wt%的氧化锂、1-5wt%氧化铝、0.5-2%的杂原子,5-10wt%多孔碳, 其余为无定形碳组成。

2.如权利要求1所述的一种储能电池用多孔碳包覆石墨复合材料,其中所述的杂原子为氮原子。

3.一种储能电池用杂多孔碳包覆石墨复合材料的制备方法,包括如下步骤:

4.如权利要求3所述的一种储能电池用杂多孔碳包覆石墨复合材料的制备方法,其中:步骤s1中所述的金属有机框架为zif-8、mof-74、mof-525、zif-67、uio-66或pfc-1;有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮、丙酮、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种。

5.如权利要求3所述的一种储能电池用杂多孔碳包覆石墨复合材料的制备方法,其中:步骤s1中所述的树脂为脲醛树脂、聚酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂或聚芳基乙炔树脂中的一种。

6.如权利要求3所述的一种储能电池用杂多孔碳包覆石墨复合材料的制备方法,其中:步骤s1中所述的氨基有机锂化合物为氨基锂、(二甲氨基)三氢硼酸锂、二异丙基氨基锂、六甲基二硅基氨基锂或氨基化锂中的一种。

7.如权利要求3所述的一种储能电池用杂多孔碳包覆石墨复合材料的制备方法,其中:步骤s2中所述的有机铝化合物为乙酸铝、双硬脂酸铝、柠檬酸铝、异辛酸铝、松香酸铝、十八酸铝、乳酸铝或二乙酸铝中的一种。

8.如权利要求3所述的一种储能电池用杂多孔碳包覆石墨复合材料的制备方法,其中:步骤s2中所述的有机碱为吡啶、咪唑、吲哚或吡咯中的一种。

9.如权利要求3所述的一种储能电池用杂多孔碳包覆石墨复合材料的制备方法,其中:步骤s2中所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇或丙二醇中的一种。


技术总结
本发明公开了一种储能电池用多孔碳包覆石墨复合材料及其制备方法,该材料是由内核石墨,及包覆在表面的锂杂原子掺杂多孔碳组成;其制备方法包括:配置有机模板剂溶液,之后添加树脂,氨基有机锂化合物混合均匀,再添加双氧水氧化剂反应,过滤,高温活化,得到锂掺杂多孔碳;将锂掺杂多孔碳添加到有机溶剂中,之后添加石墨,有机铝基化合物分散均匀,滴加氨基溶液,并在温度为50‑120℃进行化学反应,过滤,所得滤渣真空干燥,高温碳化即得。本发明能提升石墨的循环性能及存储性能。

技术研发人员:童晖,覃彩霞,郑维忠,郭斌,谢禹
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:2025/7/28
网友询问留言 留言:0条
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1