[发明专利]一种高能量密度快充复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高能量密度快充复合负极材料及其制备方法，涉及材料制备领域，包括内核与外壳，所述内核为含磷石墨，所述外壳为偏铝酸钾，且外壳的质量占复合材料的(1～5)wt％。本发明对石墨表面造孔，一方面利用孔洞存储更多的锂离子提升材料的比容量；另一方面，在孔洞中掺杂比容量高的磷元素提升材料的比容量，从而提升内核石墨的比容量。同时通过在外壳包覆偏铝酸锂，依靠其锂离子导电率高的特性及其充放电过程中提供充足的锂离子，提升材料的首次效率及其循环性能。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体为一种高能量密度快充复合负极材料及其制备方法。

背景技术

随着锂离子电池对能量密度及其快充性能要求的提高，要求锂离子电池负极材料在具有高能量密度的同时，材料的快充性能也要得到提升。目前市场化的负极材料主要以人造石墨为主，其理论比容量为372mAh/g；而硅氧材料以其比容量高(理论比容量：2100mAh/g)，但是其膨胀大，阻抗高，造成其循环性能恶化。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决的问题，提供一种高能量密度快充复合负极材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高能量密度快充复合负极材料及其制备方法，包括内核与外壳，所述内核为含磷石墨，所述外壳为偏铝酸钾，且外壳的质量占复合材料的(1～5)wt％。

优选地，所述内核是由(90～98)％的片层石墨及其(2～10)％的含磷化合物组成。

优选地，所述制备过程为：

S1：石墨前驱体材料的制备：将石墨溶解于浓硫酸插层剂及其高氯酸氧化剂溶液中，并在温度为(25～80)℃，压强为1～5Mpa的压力下在高压反应釜中反应，搅拌反应(1～6)h，之后过滤、干燥得到石墨前驱体材料A；之后添加到磷源混合液中，搅拌、水热反应(温度150～300℃，1～6h)，得到石墨前驱体材料B；

S2：偏铝酸锂包覆石墨复合材料：

采用ALD气相沉积法，将反应室抽真空到50～100Toor，加热到温度为 100～300℃，偏铝酸锂在其条件下气化，并在氮气携带下以10～100sccm的流速下脉冲进入反应室，偏铝酸锂吸附在石墨前驱体材料B的表面，直到反应室的气压达到5～20Toor，保持1～120s，实现偏铝酸锂的包覆，得到偏铝酸锂包覆石墨复合材料。

优选地，所述S1中的磷源为磷酸、磷酸铵，磷酸氢铵中的一种。

优选地，所述S1中石墨：浓硫酸：高氯酸的质量比＝100：(1～10)： (1～10)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明对石墨表面造孔，一方面利用孔洞存储更多的锂离子提升材料的比容量；另一方面，在孔洞中掺杂比容量高的磷元素提升材料的比容量，从而提升内核石墨的比容量。同时通过在外壳包覆偏铝酸锂，依靠其锂离子导电率高的特性及其充放电过程中提供充足的锂离子，提升材料的首次效率及其循环性能。

附图说明

图1为本发明的石墨复合材料的SEM图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

石墨前驱体材料的制备：