[发明专利]一种制备具有单金属掺杂缺陷快充石墨的方法

说明书

本发明涉及一种制备具有单金属掺杂缺陷快充石墨的方法，具体步骤包括：首先将金属盐完全溶于水中，另外将10g/L的石墨分散液与该溶液混合；随后将混合溶液转移到水热釜中进行水热反应得到前驱体；然后将前驱体进行水合肼还原处理和在还原气氛下进行加热处理得到黑色粉末，黑色粉末即为单金属掺杂缺陷快充石墨。本发明利用在水热的催动下，金属离子可以在石墨表面和内部形成金属离子掺杂的石墨；通过水合肼还原处理和在还原气氛下加热处理可形成单金属掺杂缺陷快充石墨。本发明提供的方法原料利用率高，制备方法简单易行，并且制得的单金属掺杂缺陷快充石墨具有大电流性能好，循环长的特征。

技术领域

本发明涉及快充石墨材料领域，特别涉及一种制备具有单金属掺杂缺陷快充石墨的方法。

背景技术

电动汽车的广泛使用对高能量密度和快速充电能力的锂离子电池提出了要求。然而，目前的高能量密度电动汽车电池在不影响电池性能和安全性的条件下无法实现快速充电。当锂离子电池以高速率充电时，增加的电池极化会导致能量利用减低，增加的容量衰减，产生过多的热量，从而影响电池性能。

石墨具有稳定的电化学性能和较高的比容量，是目前锂离子电池的主要负极材料。石墨具有低电位放电(0.2V vs Li/Li⁺)以及相对较高的首圈库伦效率。这些特性使石墨成为一种具有吸引力的材料来实现高能量密度的锂离子电池。

虽然石墨的低氧化还原电位促进了更高的电池能量密度，但是在快速充电过程中，由于输运和动力学限制，高电流密度会引起大的阳极极化，导致充电电流在空间上不均匀，使得电流集电极附近的大部分负极没有被利用。此外，在快充条件下，石墨负极可以达到比锂金属更负的电化学电位值(0V vs Li/Li⁺)，这使得在石墨阳极表面的形成锂沉积，导致电池容量显著下降

本发明的目的是针对目前石墨负极存在的问题而提供一种制备具有单金属掺杂缺陷快充石墨的方法，其工艺流程简单、易于实施、所得产品具有好的快充性能，可综合实现经济效益和电化学性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，提供了一种制备具有单金属掺杂缺陷快充石墨的方法，具体包括：将金属盐完全溶于溶剂中，随后将一定量的石墨分散于该溶液，将制备好的溶液转移到水热釜中进行水热反应得到前驱体。随后将得到的前驱体材料分散于一定量的水中，加入一定量的水合肼，剧烈搅拌一段时间，得到还原后的前驱体材料。将得到的还原后的前驱体材料在一定比例的氩气和氢气的气氛中以一定升温速率加热到一定温度煅烧一段时间得到单金属掺杂缺陷快充石墨。本工艺流程简单、易于实施、所得产品具有好的快充性能，可综合实现经济效益和电化学性能。

本发明的目的在于提供以下技术方案：

(1)一种制备具有单金属掺杂缺陷快充石墨的方法，该方法包括采用水热方法合成前驱体，对前驱体进行水合肼和氢气处理得到单金属掺杂缺陷快充石墨；

(2)根据上述(1)所述的方法，该方法涉及的掺杂金属可选铁、镍、钴,优选铁；

(3)根据上述(1)所述的方法，该方法涉及的金属盐溶液浓度为0.01-0.1mol L^-1,优选为0.02mol L^-1；

(4)根据上述所述(1)所述的方法，该方法涉及水热反应温度为150-220℃，优选为200℃；

(5)根据上述所述(1)所述的方法，该方法涉及水热反应时间为8-24h，优选为12h；

(6)根据上述所述(1)所述的方法，该方法涉及水合肼加入比例为1-10ml/g，优选为3ml/g；

(7)根据上述所述(1)所述的方法，该方法涉及煅烧温度为 700-900℃，优选为800℃；

(8)根据上述所述(1)所述的方法，该方法涉及煅烧时间为 8-12h，优选为10h；