[发明专利]一种铜镍共掺杂的碳化硅锂离子电池负极材料及其制备方法有效

专利信息
申请号: 202110503644.2 申请日: 2021-05-10
公开(公告)号: CN113224304B 公开(公告)日: 2022-07-05
发明(设计)人: 覃俨 申请(专利权)人: 江西普瑞森新能源科技有限公司
主分类号: H01M4/62 分类号: H01M4/62;H01M4/587;H01M10/0525
代理公司: 成都鱼爪智云知识产权代理有限公司 51308 代理人: 杨洪婷
地址: 335000 江西省鹰潭市贵*** 国省代码: 江西;36
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摘要:
搜索关键词: 一种 铜镍共 掺杂 碳化硅 锂离子电池 负极 材料 及其 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种铜镍共掺杂的碳化硅锂离子电池负极材料及其制备方法,该方法通过凝胶‑溶胶技术和煅烧热处理技术,实现了在碳化硅的合成过程中原位掺杂铜、镍,其制备的Cu,Ni‑SiC电极材料展示出高的储锂容量以及电化学循环稳定性,这在锂离子电池中显示出重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及锂离子电池和碳化硅技术领域,特别是涉及一种铜镍共掺杂的碳化硅锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

近年来,随着社会经济与科学技术的快速发展,在紧跟市场前进的脚步下,人们对高能便携式电源的需求猛增。尤其是在大容量动力电池的应用中,激发了人们对电池材料,尤其是高能量密度锂离子电池负极材料的需求。碳化硅(SiC)由于其具有较宽的带隙、高的电子迁移率、高的化学稳定性、高的能量密度以及较大的比表面积,理论上有利于实现锂离子嵌入-嵌出的电化学反应,被人们认为是非常有前景的锂离子电池负极材料,但是其在实际应用中仍然存在材料结构难以控制、储锂容量低、电化学循环性能差等问题。CN111668463A公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法,该发明通过混合热解碳-碳纤维复合体、硅-碳化硅复合纳米线、硅粉以及碳微球,构建出一种三维树状结构的硅-碳电极材料,以此来提高各组分之间的结合度,进而可提高该锂离子电池负极材料的比容量和稳定性;但该发明仅提供了材料的合成方法,未介绍其在锂离子电池负极材料中的应用效果,对材料的探索及开发不具有实际的意义。CN108400311B公开了一种氮掺杂絮状碳硅复合电极材料及其原位制备方法,该发明利用辐照技术原位制备出一种氮掺杂的絮状碳硅复合电极材料,该材料虽然具有简单的合成技术,但其电化学储锂容量较低,有待进一步提升。所以开发一种大容量、循环稳定性可靠的碳化硅负极材料引起了人们研究热潮。

发明内容

为了解决上述的问题,本发明提供了一种铜镍共掺杂的碳化硅锂离子电池负极材料及其制备方法,其中技术方案如下:

步骤1:在磁力搅拌下,将硅酸四乙酯和无水乙醇混合,然后加入碳源混合搅拌5-20min,然后在水浴环境中加入0.5mol/L的盐酸至试液水解为均匀的溶胶液;然后加入六水合硝酸镍和醋酸铜并超声分散均匀,持续搅拌3-5h后,将其转移至烘箱中进行低温干燥得到凝胶;

步骤2:将步骤1获得的凝胶研磨细碎,然后放入氧化铝坩埚中,置于管式炉中央位置,并在氢氩混合气保护下进行高温煅烧;再将产物研磨细碎,置于塑料烧杯中,然后采用氢氟酸和硝酸的混合液清洗产物并进行过滤,以去除二氧化硅以及其他金属杂质;最后用去离子水清洗、过滤、干燥,即得到一种铜镍共掺杂的碳化硅材料(Cu,Ni-SiC)。

作为上述技术方案的优选,进一步包括下列技术特征的部分或全部:

优选地,步骤1所述的碳源为葡萄糖、蔗糖、乙酸钠中的一种。

优选地,步骤1所述的硅酸四乙酯和碳源的体积比为(2-4):(1-5),其中碳源溶液的浓度为0.6g/mL。

优选地,步骤1所述的水浴环境为在60-85℃下加热。

优选地,步骤1所述的硅酸四乙酯和盐酸的体积比为4:(1-3)。

优选地,步骤1所述的硅酸四乙酯、六水合硝酸镍和醋酸铜的摩尔比为1:(0.003-0.03):(0.003-0.03)。

优选地,步骤1所述的低温干燥为在50-70℃烘箱中干燥24h。

优选地,步骤2所述的氢氩混合气的通气流量为30-50mL/min;其中氢气体积占比10%,氩气体积占比90%。

优选地,步骤2所述的高温煅烧为以5℃/min的速率升温至1300-1500℃,持续煅烧3-5h。

优选地,步骤2所述的氢氟酸和硝酸的体积比3:(7-10)。

本发明的合成机理如下:

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