[发明专利]一种超大倍率负极材料的制备方法

说明书

本发明提出了一种超大倍率负极材料的制备方法，包括如下步骤：S1、烧结生物系碳材料后粉碎过筛；S2、将S1中所得碳材料与掺杂元素化合物混合2‑4h后装入匣钵在惰性气体环境下二次烧结；S3、将S2中所得烧结料块破碎至微米级后经100‑600目筛网筛分即得超大倍率负极材料；所述S2中碳材料与掺杂元素化合物的质量比为1:0.0005‑0.2，二次烧结过程中2‑20℃/min升温至700‑1500℃保持2‑20h。本发明合成步骤简单，易操作，产率高，重复效果好，利于大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种超大倍率负极材料的制备方法。

背景技术

当前锂离子电池在电动汽车行业的大规模商业化，对正负极的要求是还需近一步提高其电化学性能。其中电池的比能量和比功率是制约目前的瓶颈问题。如：以现今广泛使用的电动车最高里程数为300公里左右，电动汽车一次充电行驶里程不及传统汽油车的1/2里程。现有电动车充电速率很慢，完整充完一次电约10个小时。为满足现代电动汽车技术发展的需求，必须全面提升动力电池的性能，其中提高电池比能量、延长电动车的行驶里程，加快电池充电速率是关键。因此高比能高功率锂离子动力电池的研发已成为电池研究领域的热点和重点。提高电池的能量密度，缩短电池的充电时间，比较有效的方法就是提高电池电极材料的容量，增强材料的倍率性能。

目前国内应用较多负极材料有人造石墨，天然石墨，硬碳，软碳等。其中层状结构的石墨电极性能良好，是市场上电子产品锂离子电池最为广泛采用的负极材料，但存在容量低，倍率低等缺点。近些生物系硬碳获得广泛深入的研究，但由于首效低，容量衰减严重等问题，其应用范围仍受到一定的限制。

在容量较高的硬碳负极基础上，可以进行原子团的修饰，可以对表面进行处理，元素掺杂等手段增加容量，增加材料倍率性能。这样特别在对大功率电池要求较高的领域，例如无人机、航空航天等大型储能设备方面受到欢迎。因此对负极材料进行深入的研究有着重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种超大倍率负极材料的制备方法，以生物系碳为基础，以多种元素掺杂兼具有导电材料包裹后形成的超大倍率负极材料。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种超大倍率负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、烧结生物系碳材料完成初步碳化后粉碎过筛；

S2、将S1中所得碳材料与掺杂元素化合物充分混合后装入匣钵在惰性气体环境下二次烧结；

S3、将S2中所得烧结料块破碎至微米级后经100-600目筛网筛分即得超大倍率负极材料；

所述S2中碳材料与掺杂元素化合物的质量比为1:0.0005-0.2，二次烧结过程中2-20℃/min 升温至700-1500℃保持2-20h。

进一步地，所述S2中二次烧结后，调整匣钵内温度至500-900℃，通入包碳气体0.1-10h 后降至室温，气体流量为10-500ml/min。

进一步地，所述S1中将生物系碳材料在氮气或者氩气以2-20℃/min升温至300-700℃保持2-10h。

进一步地，所述生物系碳材料为椰壳或棉花或麦秆或木头中任意一种。

进一步地，所述S2中掺杂元素化合物中掺杂金属为N或P或B或Nb或Sn中的一种或几种，化合物为尿酸，三聚氰胺或磷酸或磷酸铵或硼酸或硼酸铵或水和草酸铌或氧化锡中的一种或几种。

进一步地，所述包碳气体为乙炔或乙烯或丙烯或甲烷或乙烷中的一种或几种。

进一步地，所述S2中惰性气体为氮气或者氩气。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：