一种双离子电池的软炭材料正极及其制备方法

本发明属于电化学储能。具体涉及一种双离子电池的软炭材料正极及其制备方法，用于存储阴离子。

背景技术：

1、双离子电池是一种阴阳离子同时参与能量存储过程的新兴化学储能电池，具有工作电压高、能量密度高、成本低、环境友好等优点，引起了人们的广泛关注。然而这种独特的电池构型对正极材料提出了很高的要求。常见的石墨正极材料，由于较慢的离子扩散动力学和插层反应动力学，其倍率性能较差；又由于阴离子半径较大，在嵌脱过程中易造成石墨片层剥落，使其循环性能表现不佳。因此，开发一种高性能的正极材料已成为提高双离子电池整体性能的关键。

2、近年来，公开号为cn114975868a的中国发明专利公开了一种双离子电池正极材料，所述材料包含中间相沥青基碳纤维材料，一定程度上提高了循环稳定性，然而其容量性能低，不足以适用高倍率条件下的应用需求。公开号为cn114430029a的中国发明专利公开了一种双离子电池正极材料，所述正极材料包含一种复合改性石墨材料，改善了正极与电解液之间的浸润性，提高了倍率性能和长循环稳定性。然而复合材料的包覆层制备工艺较为复杂。基于以上认识，亟待开发一种既可提升倍率性能与循环稳定性，而又不损失容量性能，同时制备工艺简单的双离子电池正极材料。

技术实现思路

1、为解决目前双离子电池正极材料倍率性能不佳、容量性能低、长循环稳定性差以及三者性能指标相互制约、工艺较为复杂等问题，本发明提供一种以石油焦为前驱体的双离子电池的软炭材料正极及其制备方法。该方法原料廉价易得，并且制备得到的双离子电池的软炭材料正极同时具有容量性能高、倍率性能好、长循环稳定性强等优点。

2、本发明的技术方案：

3、一种双离子电池的软炭材料正极的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)、将石油焦粉末于1400-1700℃炭化，得到软炭材料；

5、(2)、将软炭材料与导电剂、粘结剂搅拌均匀，得到混合浆料；将所述混合浆料涂覆于铝箔上，真空干燥即得到双离子电池软炭正极。

6、石油焦粉末通过将石油焦粉碎，筛分获得；所述石油焦为延迟焦化后得到的石油焦生焦。

7、步骤(1)中炭化升温速率为1-5℃min-1，炭化处理时间为1-5h，环境气氛为氩气。优选地，所述步骤(1)中炭化升温速率为4℃min-1，炭化温度为1500℃，炭化处理时间为2h。

8、步骤(2)中导电剂包括导电sp、乙炔黑、碳纳米管中的一种或几种。优选地，导电剂为导电sp。

9、步骤(2)中粘结剂包括丙烯腈多元共聚物、羧甲基纤维素钠、聚偏二氟乙烯中的一种或几种。优选地，粘结剂为羧甲基纤维素钠。

10、步骤(2)中软炭材料的质量分数为70-90％，导电剂的质量分数为5-20％，粘结剂的质量分数为5-10％。优选地，软炭材料的质量分数为80％，导电剂的质量分数为10％，粘结剂的质量分数为10％。

11、所述双离子电池的迁移阴离子为六氟磷酸根离子，迁移阳离子为锂离子、钠离子、钾离子、锌离子、钙离子或铝离子。

12、本发明还提供一种所述方法得到的双离子电池软炭正极。

13、与现有技术相比，本发明具有以下优势：

14、1.本发明以廉价易得的石油焦作为前驱体生产双离子电池软炭正极材料，实现了石油焦的高附加值利用。

15、2.本发明制备的双离子电池软炭正极材料暴露更多的活性位点于微晶近表层区域，改善了阴离子的嵌脱反应动力学，解决了双离子电池正极倍率性能不佳的问题，同时兼有优良的容量性能和长循环稳定性，在电流密度为5ag-1时，其放电比容量为72mahg-1，倍率容量保持率达到75％，循环700圈后容量保持率达到85％。

16、3.本发明所述制备方法步骤简便，条件温和。石油焦原料金属元素含量低，无需除灰工艺，现有常规化设备即可满足量产需求，便于推动低成本的双离子电池正极材料的商业化进程。

技术特征：

1.一种双离子电池的软炭材料正极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种双离子电池的软炭材料正极的制备方法，其特征在于：步骤(1)中炭化升温速率为1-5℃min-1，炭化处理时间为1-5h。

3.如权利要求1所述的一种双离子电池的软炭材料正极的制备方法，其特征在于：步骤(2)中导电剂包括导电sp、乙炔黑和碳纳米管中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的一种双离子电池的软炭材料正极的制备方法，其特征在于：步骤(2)中粘结剂包括丙烯腈多元共聚物、羧甲基纤维素钠和聚偏二氟乙烯中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的一种双离子电池的软炭材料正极的制备方法，其特征在于：步骤(2)中软炭材料的质量分数为70-90％，导电剂的质量分数为5-20％，粘结剂的质量分数为5-10％。

6.如权利要求1所述的一种双离子电池的软炭材料正极的制备方法，其特征在于：所述双离子电池的迁移阴离子为六氟磷酸根离子，迁移阳离子为锂离子、钠离子、钾离子、锌离子、钙离子或铝离子。

7.一种权利要求1所述方法得到的双离子电池的软炭材料正极。

技术总结
本发明提供一种双离子电池的软炭材料正极及其制备方法，制备方法包括将石油焦粉末于1400‑1700℃炭化，得到软炭材料；将软炭材料与导电剂、粘结剂搅拌均匀，涂覆于铝箔上，真空干燥得到双离子电池的软炭材料正极。所得双离子电池软炭正极倍率性能好、容量性能高、长循环稳定性强，在电流密度为5Ag<supgt;‑1</supgt;时，其放电比容量为72mAhg<supgt;‑1</supgt;，倍率容量保持率达到75％，循环700圈后容量保持率达到85％。本发明实现了石油焦的高值利用，与双离子电池石墨类正极相比，该正极解决了双离子电池正极倍率性能不佳的问题，同时兼有优良的容量性能和长循环稳定性；且制备方法步骤简便，条件温和，现有常规化设备即可满足量产需求，便于推动低成本的双离子电池正极材料的商业化进程。

技术研发人员：李文翠,沈永峰
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12