[发明专利]一种金属氧化物无定形碳包覆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材料技术领域，提出了一种金属氧化物无定形碳包覆硬碳复合材料，所述复合材料具有核壳结构，内核为掺杂有磷的硬碳，外壳为掺杂金属的无定型碳材料。本发明还提出一种金属氧化物无定形碳包覆硬碳复合材料的制备方法，S1、将糠醛树脂溶于乙醇后过滤，向固体物质中加入磷酸、碳酸氢钠溶液、双氧水混合反应，碳化处理得到硬碳前驱体材料；S2、将所述硬碳前驱体材料、催化剂溶液溶于有机溶剂，得到硬碳前驱体溶液；S3、将沥青与所述有机溶剂混合，添加金属有机化合物，加入所述硬碳前驱体溶液，碳化后得到硬碳复合材料。通过上述技术方案，解决了现有技术对硬碳复合材料首次效率及功率改善效果不佳的问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体的，涉及一种金属氧化物无定形碳包覆硬碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

硬碳是一种难石墨化的无定形碳，层间距较石墨负极大，具有良好的快速充放电性能，尤其具有优异的低温充放电性能。但是由于硬碳高的比表面积及其材料自身的多孔结构，造成其材料的首次效率偏低，比容量偏低，而改善其硬碳材料首次效率的措施之一是进行材料表面包覆，目前的包覆主要是通过在材料表面包覆无定形碳提升材料的首次效率，但是存在导电率差，首次效率提升幅度有限。比如专利CN109980272A公开了一种Al掺杂片状LIZO复合固体电解质及其制备方法和应用，其主要利用固体电解质高的离子电导率提升快充性能高的柔性改善加工，同时固体电解质对锂枝晶具有很好的抑制作用，但是对材料的首次效率及其功率改善幅度不大。

发明内容

本发明提出一种金属氧化物无定形碳包覆硬碳复合材料及其制备方法和应用，解决了现有技术对硬碳复合材料首次效率及功率改善效果不佳的问题。

本发明的技术方案如下：

一种金属氧化物无定形碳包覆硬碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、将糠醛树脂溶于乙醇后过滤，向所得固体物质中加入磷酸、碳酸氢钠溶液、双氧水混合反应，碳化处理得到硬碳前驱体材料；

步骤S2、将所述硬碳前驱体材料、催化剂溶液溶于有机溶剂中，得到硬碳前驱体溶液；

步骤S3、将沥青与所述有机溶剂混合后，添加金属有机化合物，并加入所述硬碳前驱体溶液，碳化后得到所述硬碳复合材料；

所述金属有机化合物包括含镍的有机化合物、含锆的有机化合物中的一种或多种。

作为进一步的技术方案，所述步骤S1中，反应温度为100-200℃，反应时间1-6h。

作为进一步的技术方案，所述步骤S1中，糠醛树脂、磷酸、碳酸氢钠溶液、双氧水质量比为100:(1-10):(0.5-5):(1-5)。

作为进一步的技术方案，所述步骤S1中，碳化处理为在惰性气体保护下以1-10℃/min的升温速率，在600-1200℃下进行碳化1-6h。

作为进一步的技术方案，所述步骤S1中，碳化处理后还包括球磨、过筛。

作为进一步的技术方案，碳酸氢钠溶液的质量浓度为1%-5%。

作为进一步的技术方案，所述步骤S2中，催化剂为氯化镍、氯化钴、氯化铁、硝酸铁中的一种，所述催化剂溶液的质量浓度为1%-10%，硬碳前驱体材料与催化剂的质量比为100:(0.5-5)。

作为进一步的技术方案，所述步骤S2中，有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、四氯化碳、二甲苯、环己烷中的一种。

作为进一步的技术方案，所述步骤S3中，沥青为煤沥青、石油沥青中的一种。

作为进一步的技术方案，所述步骤S3中，沥青、金属有机化合物、硬碳前驱体材料的质量比为(5-20):(1-5):100。