一种高功率硬碳复合材料及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116014112A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202310233327.2(22)申请日2023.03.10(71)申请人广东凯金新能源科技股份有限公司地址523000广东省东莞市松山湖园区科技十路4号29栋2单元302室(72)发明人谌芳园仰韻霖(74)专利代理机构东莞恒成知识产权代理事务所(普通合伙)44412专利代理师姚伟旗(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/583(2010.01)H01M4/58(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称一种高功率硬碳复合材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种高功率硬碳复合材料及其制备方法，该复合材料为核壳结构，内核为磷掺杂硬碳，外壳为无机锂盐与无定形碳的复合物，其制备方法为：将硬碳前驱体添加到磷酸氨溶液中，加入交联剂，碳化得到磷掺杂多孔硬碳前驱体材料；再通过原子气相沉积多孔无机锂盐，得到硬碳复合材料。本发明利用内核树脂碳化后形成硬碳，磷掺杂提升材料的比容量，且磷酸氨具有造孔作用，形成的纳米孔洞可以进一步进行储锂，提升材料的比容量；外层的多孔无机锂盐与电解液具有惰性性能，充放电过程中形成SEI，消耗较低的锂离子提升材料的首次效率，多孔结构具有较高的动力学性能，提升材料的倍率性能。本发明硬碳复合材料具有首次效率高、功率性能好，工艺可控等优点。CN116014112ACN116014112A权利要求书1/2页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：(1)将硬碳前驱体原材料与磷酸氨溶液，混合搅拌0.5～10小时，加入交联剂，在100～200℃搅拌反应1～6h，离心、干燥、研磨，得到磷掺杂硬碳前驱体材料；(2)将磷掺杂硬碳前驱体材料在惰性气氛下下，以1～10℃/min的速率升温到600～1000℃并保温1～6h，降至室温，研磨，得到磷掺杂多孔硬碳前驱体材料；(3)将柠檬酸锂溶液、金属氧化物、聚乙烯吡咯烷酮、碳酸氢铵造孔剂混合均匀，转移到高压反应釜中，在100～200℃反应1～6h，冷冻干燥、过滤、真空干燥，制得多孔无机锂盐前驱体材料；在氮气气氛下，将多孔无机锂盐前驱体材料在750～1000℃煅烧6～24h，制得多孔无机锂盐；(4)采用原子气相沉积法，将磷掺杂多孔硬碳前驱体材料置于反应室，反应室抽真空到50～100torr，温度为100～300℃，将多孔无机锂盐气化，在氮气携带下以10～100sccm的流速脉冲进入反应室，反应室的气压达到5～20torr，停止注入气体，保持1～120s，得到高功率硬碳复合材料。2.根据权利要求1所述的高功率硬碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中硬碳前驱体原材料、磷酸氨溶液、交联剂的质量比为100：1～10：1～10。3.根据权利要求1所述的高功率硬碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中硬碳前驱体原材料为酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂、椰壳、环糊精、淀粉、丁苯橡胶中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的高功率硬碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中交联剂为硝酸铵、过硫酸铵、过甲酸、过氧化苯甲酰、过氧化环己酮中的一种。5.根据权利要求1所述的高功率硬碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中磷酸氨溶液为磷酸氨溶于有机溶液形成的磷酸氨溶液，所述磷酸氨溶液的浓度是1～10wt％，所述有机熔剂为N‑甲基吡咯烷酮、四氯化碳、环己烷、四氢呋喃、N，N‑二甲基甲酰胺中的一种。6.根据权利要求1所述的高功率硬碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中柠檬酸锂溶液为柠檬酸锂溶于有机溶液形成的溶液，所述柠檬酸锂溶液的浓度为1～5wt％，所述有机溶液为N‑甲基吡咯烷酮、四氯化碳、环己烷、四氢呋喃、N，N‑二甲基甲酰胺中的一种，所述金属氧化物为氧化铝、氧化铌、氧化锆中的一种；所述柠檬酸锂、金属氧化物、聚乙烯吡咯烷酮、碳酸氢铵的质量比为60～90：100：10～50：1～10。7.根据权利要求6所述的高功率硬碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中多孔无机锂盐为多孔偏铝酸锂、多孔铌酸锂、多孔锆酸锂中的一种。8.一种高功率硬碳复合材料，其特征在于：所述高功率硬碳复合材料由所述的权利要求1至7任一项所述的高功率硬碳复合材料的制备方法制备得到。9.根据权利要求8所述的高功率硬碳复合材料，其特征在于：所述硬碳复合材料为核壳结构，所述硬碳复合材料的内核为磷元素掺杂硬碳，所述内核中的磷元素的质量占所述内核质量的1～10％；所述硬碳复合材料的外壳为多孔无机锂盐与无定形碳组成的复合体，所述外壳中的多