[发明专利]一种含C3N4复合材料的多层结构电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含C₃N₄复合材料的多层结构电池负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池主要由外壳、正极、负极、电解液和隔膜组成，其中负极材料主要为碳 材料。目前商业化的锂离子电池负极材料有石墨类碳、易石墨化碳（软碳）、无定形碳（硬碳） 材料三大类，但石墨的理论比容量只有372mAh/g，且制造成本高，安全性能差；软碳材料虽 具有大量的乱层结构及异质原子如氢等,使其具有较高的比容量（一般在600-800mAh/g）, 但其电压滞后大,首次库仑效率低,并且衰减较快,因此实际应用受到极大限制；与软碳材 料相比,硬碳材料的平台较低,首次效率和循环寿命都有提高，但比容量却低于软碳材 料。

发明内容

本发明提供一种含C₃N₄复合材料的多层结构电池负极材料的制备方法，使用该方 法制备的负极材料，具有高导电、高倍率性能以及长循环性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种含C₃N₄复合材料的多层结构电池负极材料的 制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）制备C/C₃N₄复合材料

将稠环芳烃化合物和含氮有机化合物按照摩尔比1:（0.5-5）均匀混合后，置于高压反 应釜中，所述的稠环芳烃化合物为：萘，蒽，芘，中温煤沥青，石油渣油沥青中的一种或多种； 含氮有机化合物为：尿素，六次甲基四胺，三聚氰胺中的一种或多种；

用氮气置换反应釜中的空气，控制反应釜起始压力为0-2Mpa；

将反应釜按照5℃/min的升温速率，升温至400-600℃；

恒温反应时间控制在3-6小时，反应完成后取出产物；

用氯仿洗去未反应的原料，用膜过滤器进行抽滤，在洗涤反应产物时，应将反应产物按 1g：50mL溶剂的比例混合，并磁力搅拌3小时后，再用膜过滤器进行抽滤，将得到的产物用超 频震荡机研磨至粒径小于200目，得到C/C₃N₄复合材料；

（2）对铝箔进行预处理：在铝箔表面依次进行化学除油、酸蚀、一次沉锌、退锌，二次沉 锌和水洗，所述的铝箔的厚度为15-20μm；

在预处理后的铝箔一侧表面电镀一层铜镀层并活化，铜镀层采用脉冲电镀方式电镀， 其表面粗糙度为0.4-3.0μm，厚度为2-8μm；

活化后的铜镀层上电镀一层锡镀层；

在所述锡镀层上涂覆一层上获得的C/C₃N₄复合材料，C/C₃N₄复合材料层的厚度为80- 150μm；

(3)热处理：温度为80-100℃，热处理时间为12-20小时。

优选的，所述的锡镀层的厚度为0.1-1.0μm，电镀锡镀层采用脉冲喷射电镀的镀锡 配方和工艺参数如下：

脉冲喷射电镀工艺参数：电流密度：5-15A/dm2；

pH值：3-4；

温度：45-55℃；

时间：5-20s。

本发明的C₃N₄结构的存在，一方面使完整的碳层结构产生了大量的缺陷和活性位 点，这些缺陷和活性位点可以更好地捕捉锂离子，从而提高嵌锂量，因此负极材料的比容量 得以提升；另一方面，氮元素可以改变碳层中碳原子周围的电子云排布，使其具备更优异的 导电性能和电化学性能，从而提高负极材料的倍率性能和循环性能。结构上选用了一种表 面粗糙镀铜铝箔，该镀铜铝箔具有比表面积大的优点，较大的比表面积和凹凸结构能很好 的缓冲锡在充放电过程中的体积膨胀，同时这种结构还起到很好的骨架作用，极大的缓冲 充放电过程中体积膨胀收缩的应力。负极材料首次充放电效率为77%，以400mA/g放电，循环 360周，容量保持率为78%，以600mA/g放电，循环480周，容量保持率为89%。该发明方法工艺 简单，易控制，适合规模化生产。

具体实施方式

实施例一