[发明专利]一种石墨化碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开的一种石墨化碳负极材料，石墨化碳负极材料为以碳源、石墨化催化剂、模板剂配位聚合后，经高温碳化得到高比表面积的多孔石墨化碳负极材料，制备步骤包括：将含硅有机酯溶于碱性化合物与酒精水溶液中得胶状二氧化硅水溶液后，加入正十六烷、表面活性剂、蒸馏水进行乳化，得到纳米二氧化硅混合乳液；可溶性多糖调至pH为1‑2，加入纳米二氧化硅混合乳液及石墨化催化剂溶液，超声浸渍分散，蒸发水分得到纳米级石墨化碳前驱体；将前驱体氮气保护下碳化，在冷却产物中去除石墨化催化剂和二氧化硅，得到多孔石墨化碳负极材料，孔道致密、石墨化程度高且均匀分散至孔道内，可增大电池的充放电容量，适合大电流充放电，循环性强。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种石墨化碳负极材料及其制备方法。

背景技术

作为锂离子电池负极材料有以下几种：石墨化碳材料、无定向碳材料、氮化物、硅基材料、锡基材料、新型合金，而目前商品化锂离子电池负极采用石墨化碳如中间相碳微球MCMB和CMsl材料。这类材料嵌脱锂过程中的体积膨胀基本在9％-13％，适合锂的嵌入脱嵌；充放电比容量可达300mAh/g以上，充放电效率在90％以上，不可逆容量低于50mAh/g；锂在石墨中脱嵌反应发生在0-0.25V左右(Vs.Li+/Li)，具有良好的充放电电位平台，表现出较高的库仑效率和优良的循环稳定性能。

石墨具有六边形的层状晶体结构，每层中碳原子以σ键和π键相连，而层层之间又靠范德华力相结合，这种层间力作用小且层间距较大(0.3354nm)结构，使得一些原子、基团或离子容易插入层间形成石墨层间化合物(GICs)，因此做为负极材料具有很高的比能量，同时具有良好的导电性，结晶度高，成本低，理论嵌锂容量高，充放电电位低且平坦。但是，石墨也存在一些缺点，如与电解液相容性差，首次充放电可逆容量低，不适合大电流充放电，循环性能差等。

为了克服以上缺点，现有技术通过多种方法制备多孔石墨化碳作为负极材料，如现有技术CN201510331472X，利用硬模版法制备一种高容量多孔球型石墨化碳负极材料，其通过石墨-乙醇分散液注入二氧化硅晶体球模版的纳米孔道，再经模版去除，得到多孔球型石墨化负极材料，然而石墨不易分散于乙醇等溶剂中，因此其注入二氧化硅晶体球模版的纳米孔道并不均匀，得到的石墨化碳负极材料的孔隙并不致密与均匀，也可能由于硬模板剂所形成的孔道包括三维孔道和二维孔道，所得的石墨化碳负极材料微球形态不一，不利于实现紧密堆积，不可制备高密度电极。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种石墨化碳负极材料及其制备方法，得到多孔石墨化碳负极材料，孔道致密、石墨化程度高且均匀分散至孔道内，可增大电池的充放电容量，适合大电流充放电，循环性强。

本发明解决的技术方案是提供一种石墨化碳负极材料，所述石墨化碳负极材料为以碳源、石墨化催化剂、模板剂配位聚合后，经高温碳化得到高比表面积的多孔石墨化碳负极材料。

优选地，所述碳源为可溶性多糖。

优选地，所述石墨化催化剂为Fe、Co、Ni金属盐中的一种或几种。

优选地，所述模板剂为含硅有机酯。

进一步地，还提供一种种石墨化碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将含硅有机酯溶于碱性化合物与酒精水溶液中得胶状二氧化硅水溶液后，加入正十六烷、表面活性剂、蒸馏水进行乳化，得到纳米二氧化硅混合乳液；

（2）可溶性多糖调至pH为1-2，加入步骤（1）所得纳米二氧化硅混合乳液及石墨化催化剂溶液，超声浸渍分散10-15min，120-150℃下蒸发水分得到纳米级石墨化碳前驱体；

（3）将所述前驱体氮气保护下900-1200℃碳化2-3h，冷却，在冷却产物中先加入氢氟酸去除石墨化催化剂，再加入氢氧化钠去除二氧化硅胶状体，经蒸馏水洗涤至中性，干燥即得石墨化碳级材料。