[发明专利]一种高性能碳负极PTCDA硬碳包覆石墨材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能碳负极PTCDA硬碳包覆石墨材料及其制备方法，该制备方法包括：步骤一、用去离子水充分溶解PTCDA钠盐，按照PTCDA钠盐与石墨重量比1:9加入石墨，搅拌混匀；步骤二、将PTCDA钠盐与石墨混合物完全干燥并研磨；步骤三、将PTCDA钠盐与石墨的混合物铺满瓷舟，并置于反应器内在氧气气氛中以1℃/min从室温升温至260～300℃，保温2h后冷却至室温；步骤四、将预氧化混合物置于反应器中，在惰性气体气氛中以3℃/min从室温升温至550～600℃保温0.5h，再以3℃/min升温至1000～1100℃保温0.5h，后冷却至室温；步骤五、将产物过300目筛，即得到负极PTCDA硬碳包覆石墨材料；本发明的材料用于锂电池碳负极，能有效提高锂离子电池中碳负极材料的容量和倍率性能。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，涉及一种电池碳负极材料，具体涉及一种高性能碳负极PTCDA硬碳包覆石墨材料及其制备方法

背景技术

锂离子电池以其优良的储能特性，在移动通信、信息技术、消费电子、移动汽车等领域有着广泛的应用。随着人类社会的进步和发展，高级锂离子电池需要具有更高的容量、更好的倍率性能和更长的使用寿命。在锂离子电池的所有部件中，电极材料是制约锂离子电池性能的关键因素。其中，负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，对锂离子电池的电化学性能有重要影响。在锂离子电池负极材料中，碳材料具有电极电位低、循环效率高、循环寿命长、安全性能好等优点，是锂离子电池的首选负极材料。目前，石墨是一种常见的碳负极材料，具有良好的分层结构，适合锂离子嵌入，具有高导电性和高可逆特异性，已成为一种广泛使用的传统商用负极材料。

然而，传统的石墨阳极材料还存在一些缺陷，严重限制了其应用。首先，石墨负极的理论容量仅为372mAh·g-1，远远达不到高性能锂离子电池的要求；其次，分层结构稳定性差，在长电荷放电周期后容易坍塌，导致有效容量严重降低，储能寿命大减；第三，电解质分解在第一次放电时会产生较大的不可逆容量。这些缺陷在很大程度上限制了石墨负极材料在高性能锂离子电池中的应用。因此，我们一直致力于寻找高性能、高容量、稳定分层结构、长循环寿命的新型碳负极材料。这些研究工作为开发高性能新型碳负极材料提供了很好的思路。然而，对于分层石墨负极材料，除了上述缺点外，层间间距小，Li+只能嵌入材料的端面，这势必增加锂离子的扩散阻力，从而决定了分层石墨负极的速率性能较差，限制了其在高倍率电池中的应用。因此，研究开发新型的石墨负极材料的结构，提高碳负极材料的容量和倍率性能是当前亟待解决的重要问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高性能碳负极PTCDA硬碳包覆石墨材料，以提高锂离子电池中碳负极材料的容量和倍率性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

步骤一、混合：用去离子水充分溶解PTCDA钠盐，按照PTCDA钠盐与石墨重量比1:9加入石墨，搅拌混匀；

步骤二、干燥、研磨：将PTCDA钠盐与石墨混合物完全干燥并研磨，制成粉末；

步骤三、预氧化：将PTCDA钠盐与石墨的混合物铺满瓷舟，并置于反应器内在氧气气氛中以1℃/min从室温升温至260～300℃，保温2h后冷却至室温；

步骤四、碳化：将步骤三中得到的预氧化混合物置于反应器中，在惰性气体或氮气气氛中以3℃/min从室温升温至550～600℃保温0.5h，再以3℃/min升温至1000～1100℃保温0.5h，后冷却至室温；

步骤五、将步骤四所得产物过300目筛，即得到负极PTCDA硬碳包覆石墨材料。

本发明还具有如下技术特征：

优选的，所述的步骤一中搅拌混匀所使用的混合仪器包括行星球磨仪、旋转水浴加热器、水浴加热磁力搅拌器或电磁加热磁力搅拌器。

所述的步骤二中的干燥方法为将混合物置于120℃干燥箱干燥12h。