[发明专利]一种多孔银掺杂硬碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，提出了一种多孔银掺杂硬碳复合材料及其制备方法和应用，所述制备方法，包括以下步骤：S1、向碱性酚醛树脂水溶液中添加无机银化合物、羧甲基壳聚糖、稳定剂，分散均匀，得到纺丝液；S2、将纺丝液静电纺丝，得到银掺杂纳米纤维；S3、将银掺杂纳米纤维在800℃下碳化3小时，得到银掺杂硬碳材料；S4、将银掺杂硬碳材料加热至200‑400℃，通入浓硝酸蒸汽进行刻蚀，得到多孔银掺杂硬碳材料。通过上述技术方案，解决了现有技术中硬碳材料阻抗大、首次效率偏低的问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体的，涉及一种多孔银掺杂硬碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

硬碳材料以其低温性能优异、膨胀低等优点而应用于HEV/PHEV/EV等电池领域，目前的制备方法主要采用固相/液相法制备，其材料存在一致性差，形貌为颗粒状结构，材料的阻抗偏大，且存在制备过程难以精确控制，导致得到的硬碳材料阻抗大、首次效率偏低。静电纺丝技术是通过强电场作用下，喷射成丝，具有过程可控，纤维状结构的膨胀较低，阻抗低等优点，主要应用于食品、化工及其新型材料等领域。而目前市场上未见报道采用静电纺丝法制备硬碳复合材料。

发明内容

本发明提出一种多孔银掺杂硬碳复合材料及其制备方法和应用，解决了现有技术中硬碳材料阻抗大、首次效率偏低的问题。

本发明的技术方案如下：

本发明提出了一种多孔银掺杂硬碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、向碱性酚醛树脂水溶液中添加无机银化合物、羧甲基壳聚糖、稳定剂，分散均匀，得到纺丝液；

S2、将纺丝液静电纺丝，得到银掺杂纳米纤维；

S3、将银掺杂纳米纤维碳化，得到银掺杂硬碳材料；

S4、将银掺杂硬碳材料用浓硝酸蒸汽刻蚀，得到多孔银掺杂硬碳材料。

作为进一步的技术方案，所述碱性酚醛树脂与无机银化合物、羧甲基壳聚糖、稳定剂的质量比为100：(1-10)：(1-5)：(0.5-2)。

作为进一步的技术方案，所述碱性酚醛树脂水溶液的质量浓度为1-10％。

作为进一步的技术方案，所述无机银化合物为硝酸银、碳酸银、硫酸银、氯化银中的一种。

作为进一步的技术方案，所述稳定剂为三乙醇胺、乙酸、月桂酸、酒石酸、柠檬酸、草酸、葡萄糖酸中的一种。

作为进一步的技术方案，所述碳化条件为氩气气氛下温度700-1000℃，碳化时间为1-6h。

作为进一步的技术方案，所述静电纺丝中，注射泵的推进速率为1-10毫升/小时，纺丝针头为0.1～1mm的平针头，高压直流电源为8-30KV，纺丝喷头与滚筒的距离为5-20cm。

作为进一步的技术方案，所述刻蚀温度为200-400℃，时间为1-6h。

本发明还提出了一种多孔银掺杂硬碳复合材料，由所述制备方法制备得到。

本发明还提出了一种锂离子电池电极，所述制备方法得到的多孔银掺杂硬碳复合材料。

本发明还提出了一种锂离子电池，包括所述锂离子电池电极。

本发明的工作原理及有益效果为：

1、本发明中，采用静电纺丝法制备银掺杂纳米纤维，将银沉积在碳纳米纤维骨架上，有效防止了颗粒团聚，得到纤维状的多孔银掺杂硬碳复合材料，具有膨胀低、阻抗低等优点，同时，多孔银具有高的电子导电率和比表面积，降低了硬碳复合材料的阻抗，提升了硬碳复合材料的倍率和循环性能，且银与电解液无反应，使其充放电过程中形成SEI膜较少锂离子的消耗，提升了硬碳复合材料的首次效率。