[发明专利]一种氮磷共掺杂碳包覆石墨负极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种氮磷共掺杂碳包覆石墨负极材料的制备方法，包括有如下步骤：(1)包覆：称取石墨和离子液体，加入到高速搅拌机中，使用转速500～5000r/min进行分散1～4h，处理完成后，得到包覆有含磷离子液体的石墨；(2)碳化：将包覆有含磷离子液体的石墨置于气氛保护炉中进行烧结，以2～25℃/min的升温速率升至400～1000℃并保温4～18小时，得到氮磷共掺杂碳包覆石墨负极材料。这种结构大大增强了表面包覆层的导电性和活性，不仅有效提高了其电子导电率，还大幅度提升锂离子的扩散能力，所获得的材料具有优异的倍率性能和低温放电性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域技术，特别是提供一种氮磷共掺杂碳包覆石墨负极材料的制备方法。

背景技术

随着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，发展清洁能源势在必行。在新能源发展中，具有工作电压高、能量密度大、放电电压平稳、循环寿命长以及环境友好等优点的锂离子电池得到广泛运用。负极材料是评价锂离子电池综合性能优劣的关键因素之一。目前商品化使用的锂电池负极材料主要是石墨，石墨具有较低锂脱/嵌电位(0～0.25V vs Li/Li+)、容量高(372mAh/g)、资源丰富以及价格低廉等特点。然而在低温时，锂离子电池中电解液中离子扩散能力已经下降了一个数量级，工业化生产的沥青包覆石墨包覆层是由沥青高温炭化而成的无定形碳层，活性低，使石墨在低温时的插锂能力下降，严重影响了整体电池的低温充电能力，最终导致低温性能和倍率性能达不到使用要求。目前通常采用在电解液中加入添加剂来改善电解液和石墨的界面，并不能有效的解决石墨的低温嵌锂问题，不能适应锂离子电池低温工作和高倍率性能的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，本发明的目的在于提供一种氮磷共掺杂碳包覆石墨负极材料的制备方法，其能有效解决石墨的低温嵌锂问题、适应锂离子电池低温工作和高倍率性能。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：一种氮磷共掺杂碳包覆石墨负极材料的制备方法，包括有如下步骤：

(1)包覆：称取石墨和离子液体，加入到高速搅拌机中，使用转速500～5000r/min进行分散1～4h，处理完成后，得到包覆有含磷离子液体的石墨；

(2)碳化：将包覆有含磷离子液体的石墨置于气氛保护炉中进行烧结，以2～25℃/min的升温速率升至400～1000℃并保温4～18小时，得到氮磷共掺杂碳包覆石墨负极材料。

作为一种优选方案，所述石墨为天然石墨，纯度为99.999以上，粒度d50＝10-20um。

作为一种优选方案，所述含磷离子液体的阳离子为季膦盐类阳离子，结构如下所示：

其中：R₁、R₂、R₃、R₄各自独立为C1～16烷基；

该季膦盐类阳离子为三乙基(甲基)膦阳离子、三正丁基(甲基)膦阳离子、三正己基(甲基)膦阳离子、三正辛基(甲基)膦阳离子、三正十二烷基(甲基)膦阳离子、二己基(乙基)(甲基)膦阳离子、二正丁基(乙基)(甲基)膦阳离子、三(十烷基)(甲基)膦阳离子、二(十六烷基)二(乙基)膦阳离子、四(正丁基)膦阳离子、四(正己基)膦阳离子、四(十六烷基)膦阳离子种的一种或几种；

所述含磷离子液体的阴离子为双氰胺基、双(三氟甲基)亚胺基、双(三氟甲烷磺酰)亚胺基中的一种或几种。

作为一种优选方案，所述含磷离子液体的纯度≥98％。

作为一种优选方案，所述气氛保护炉中使用的保护气氛选自氦气、氮气、氩气、二氧化碳中的至少一种。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体为：