一种快充石墨复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种快充石墨复合材料的制备方法，将有机钛环氧树脂加入有机溶剂中，搅拌均匀得混合液；向混合液中加入石墨烯，在加热加压条件下进行水热反应，过滤除去滤液，低温干燥滤渣，在惰性气体环境下碳化滤渣，得多孔复合硬碳基体；配置无机锂盐水溶液，向无机锂盐水溶液中加入多孔复合硬碳基体，搅拌进行反应，过滤反应液，干燥滤渣得锂盐/多孔复合硬碳复合材料；加入葡萄糖溶液，再加入人造石墨，搅拌均匀进行球磨，过滤、干燥滤渣，在惰性气体的保护下，碳化滤渣，再自然降温至室温，粉碎即可。本发明专利技术的有益效果为：所述复合材料具有多孔结构和高的首次效率提高其充放电过程中锂离子的嵌出，改善其锂离子电池的快充性能及安全性。

A preparation method of fast filling graphite composite

The invention discloses a preparation method of fast filling graphite composite material, adding organic titanium epoxy resin into organic solvent, stirring evenly to obtain the mixed solution; adding graphene into the mixed solution, conducting hydrothermal reaction under the condition of heating and pressure, filtering and removing filtrate, drying the filtrate at low temperature, carbonizing the filtrate in the inert gas environment to obtain porous composite hard carbon matrix; configuring inorganic lithium salt Water solution: add porous composite hard carbon matrix into inorganic lithium salt water solution, stir to react, filter the reaction solution, dry the filter residue to obtain lithium salt / porous composite hard carbon composite material; add glucose solution, then add artificial graphite, stir evenly to ball mill, filter and dry the filter residue, carbonize the filter residue under the protection of inert gas, cool it to room temperature naturally, and then crush it \u3002 The beneficial effect of the invention is that the composite material has porous structure and high first-time efficiency, improves the lithium ion insertion in the charging and discharging process, and improves the fast charging performance and safety of the lithium-ion battery.

【技术实现步骤摘要】
一种快充石墨复合材料的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池材料
，具体涉及一种快充石墨复合材料的制备方法。
技术介绍
随着市场对快充类纯电动汽车的巨大需求及其国家对快充类电动车补贴的出台，要求电动车具有长续航和快速充放电的性能，才能拿到更多的国家补贴，目前市场上的快充类电池主要有钛酸锂电池和快充石墨/三元锂离子电池，而钛酸锂电池虽然在充放电倍率方面具有优势，但是低的克容量以及高的电压平台严重制约了其在快充类电动车上的快速推广。快充石墨具有比钛酸锂高一倍多的克容量，目前已经成为电动汽车的主要负极材料，但是石墨的充电倍率一般≤2C，其难以满足快充需求，为克服石墨充放电倍率不高的缺陷，目前主要通过对小粒径石墨进行硬碳/软碳包覆、掺杂改性及其采用结构稳定的前驱体材料制备出小粒径石墨类材料。比如专利(申请号：2017101864230)公开了一种高倍率快充石墨的制备方法，其主要通过材料整形、高温石墨化、低温热处理、碳化热处理等工序制备而成，由于采用鳞片石墨粉与改性剂混合，提高其材料的倍率性能，其改性剂为石油焦油、煤焦油、酚醛树脂、环氧树脂、吠喃树脂或糠醛树脂中的一种或多种；上述方法主要通过掺杂或包覆酚醛树脂类材料碳化后形成的层间距大的碳材料提高锂离子的嵌出速率，但是由于充放电过程中导电率偏差及其锂离子的嵌出数量不足，影响其材料的倍率性能和安全性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可提高材料在充放电过程中锂离子的数量，且同时能提高锂离子嵌出速率，进而提高材料快充性能的快充石墨复合材料的制备方法。一种快充石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将有机钛环氧树脂加入有机溶剂中，混合搅拌均匀得重量浓度为5％－20％的混合液；向混合液中加入石墨烯，搅拌均匀，在加热加压条件下进行水热反应，待反应完毕，过滤除去滤液，低温真空干燥滤渣，在惰性气体环境下碳化滤渣，得多孔复合硬碳基体；(2)配置重量浓度为5％－10％的无机锂盐水溶液，向无机锂盐水溶液中加入多孔复合硬碳基体，搅拌进行反应，待反应结束，过滤反应液，干燥滤渣得锂盐/多孔复合硬碳复合材料；(3)将锂盐/多孔复合硬碳复合材料加入葡萄糖溶液中，搅拌均匀，再加入粒径为3－10um的人造石墨，搅拌均匀进行球磨，过滤、干燥滤渣，在惰性气体的保护下，将滤渣进行碳化，待碳化完毕，自然降温至室温，粉碎得快充类石墨复合材料。进一步地，步骤(1)中，所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、丁醇、甲乙酮、环己酮、乙酸乙酯的一种。进一步地，步骤(1)中，所述加热的温度为60－120℃，所述加压的压强为1－5Mpa，在此温度、压强下反应的时间为1－3h；低温干燥为：在温度30－80℃，真空度≤100pa的条件下，干燥12－72h。进一步地，步骤(1)中，所述惰性气体为氩气，碳化的温度为500－600℃，在此温度下碳化的时间为6－8h。进一步地，步骤(1)中，所述有机钛环氧树脂与石墨烯的重量比为：100：1－5。步骤(2)中，所述无机锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、锆酸锂、钒酸锂、钛酸锂的一种。进一步地，步骤(2)中，反应的时间为3－5h；无机锂盐与多孔复合硬碳基体的重量比为1－5：10－30。进一步地，步骤(3)中，葡萄糖溶液的浓度为2％－3％。进一步地，步骤(3)中，锂盐/多孔复合硬碳复合材料、葡萄糖溶液、人造石墨的重量比为15－35：500：100－200。进一步地，步骤(3)中，所述碳化的温度为600－800℃，在此温度下碳化的时间为1－6h。本专利技术的有益效果为：本专利技术所述快充石墨复合材料，通过有机钛环氧树脂制备出含钛的硬碳前驱体，而该硬碳前驱体包覆在石墨的表面，发挥了硬碳与二氧化钛之间的协同作用，即二氧化钛高的结构稳定性，高的电化学电位及其硬碳层的多孔结构、间距大，改善了锂离子的嵌出通道，提高了在充放电过程中锂离子的嵌出速率及材料的倍率充电性能，使其在锂离子电池倍率充电过程中提高其快充性能和安全性能。同时采用水热反应制备出的硬碳复合材料多孔结构，具有一致性高、孔大小可控，导电率高的特性，使其在充放电过程中提供更多嵌出/嵌入通道。此外，本专利技术所述快充石墨复合材料，在石墨的外表面包覆有锂盐，锂盐的包覆能为材料的充放电过程提供锂离子，从而提高其充放电效率，而硬碳前驱体改善了锂离子的嵌出通道，即锂离子的数量及嵌出通道均得到了改善，进而提高了材料的充电性能及安全性。同时锂盐可以填充硬碳缺陷处结构，降低其材料的不可逆容量，并提高其材料的首次效率，进而提高其电池的能量密度。从附图可以看出，本专利技术所述快充石墨复合材料呈现类球状结构，大小分布合理，粒径介于5－15um之间。附图说明图1：本专利技术所述快充石墨复合材料的SEM图。具体实施方式实施例1一种快充石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将100g有机钛环氧树脂加入500ml甲苯中，混合搅拌均匀得重量浓度为20％的混合液；向混合液中加入石墨烯，搅拌均匀，之后转移到高压反应釜中进行水热反应，其加热温度为80℃、压强为3Mpa条件下反应2h，待反应完毕，过滤除去滤液，在温度为50℃，真空度50pa的条件下，干燥滤渣48h，之后转移到管式炉中，在氩气惰性气体环境下550℃碳化7h，得多孔复合硬碳基体；(2)将1g碳酸锂加入去离子水中配置重量浓度为5％的碳酸锂水溶液，向碳酸锂水溶液中加入10g多孔复合硬碳基体，搅拌进行反应，待反应结束，过滤反应液，鼓风干燥滤渣得锂盐/多孔复合硬碳复合材料；(3)将15g的锂盐/多孔复合硬碳复合材料加入浓度为2％的500ml葡萄糖溶液中，搅拌均匀，再加入100g粒径为3μm的人造石墨，搅拌均匀进行球磨，过滤、干燥滤渣，在氩气惰性气体的保护下，在700℃的条件下将滤渣碳化6h，待碳化完毕，自然降温至室温，粉碎得快充类石墨复合材料。实施例2一种快充石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将100g有机钛环氧树脂加入1000g二甲苯中，混合搅拌均匀得重量浓度为10％的混合液；向混合液中加入3g石墨烯，搅拌均匀，转移到高压反应釜中进行水热反应，在加热温度为60℃、压强为5Mpa条件下反应1h，待反应完毕，过滤除去滤液，在温度为30℃，真空度100pa的条件下，干燥滤渣72h，之后转移到管式炉中并在惰性气体氩气环境下，在500℃的高温下碳化滤渣8h，得多孔复合硬碳基体；(2)将3g碳酸锂加入去离子水中配置重量浓度为8％的无机锂盐水溶液，向无机锂盐水溶液中加入20g多孔复合硬碳基体，搅拌反应3h，待反应结束，过滤反应液，鼓风干燥滤渣得锂盐/多孔复合硬碳复合材料；(3)将15g的锂盐/多孔复合硬碳复合材料加入浓度为2％的500ml葡萄糖溶液中，搅拌均匀，再加入100g粒径为3um的人造石墨，搅拌均匀进行球磨，过滤、干燥滤渣，在惰性气体氩气的保护下，在600℃的条件下将滤渣碳化6h，待碳化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快充石墨复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将有机钛环氧树脂加入有机溶剂中，混合搅拌均匀得重量浓度为5％－20％的混合液；向混合液中加入石墨烯，搅拌均匀，在加热加压条件下进行水热反应，待反应完毕，过滤除去滤液，低温真空干燥滤渣，在惰性气体环境下碳化滤渣，得多孔复合硬碳基体；/n(2)配置重量浓度为5％－10％的无机锂盐水溶液，向无机锂盐水溶液中加入多孔复合硬碳基体，搅拌进行反应，待反应结束，过滤反应液，干燥滤渣得锂盐/多孔复合硬碳复合材料；/n(3)将锂盐/多孔复合硬碳复合材料加入葡萄糖溶液中，搅拌均匀，再加入粒径为3－10um的人造石墨，搅拌均匀进行球磨，过滤、干燥滤渣，在惰性气体的保护下，将滤渣进行碳化，待碳化完毕，自然降温至室温，粉碎得快充类石墨复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种快充石墨复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将有机钛环氧树脂加入有机溶剂中，混合搅拌均匀得重量浓度为5％－20％的混合液；向混合液中加入石墨烯，搅拌均匀，在加热加压条件下进行水热反应，待反应完毕，过滤除去滤液，低温真空干燥滤渣，在惰性气体环境下碳化滤渣，得多孔复合硬碳基体；
(2)配置重量浓度为5％－10％的无机锂盐水溶液，向无机锂盐水溶液中加入多孔复合硬碳基体，搅拌进行反应，待反应结束，过滤反应液，干燥滤渣得锂盐/多孔复合硬碳复合材料；
(3)将锂盐/多孔复合硬碳复合材料加入葡萄糖溶液中，搅拌均匀，再加入粒径为3－10um的人造石墨，搅拌均匀进行球磨，过滤、干燥滤渣，在惰性气体的保护下，将滤渣进行碳化，待碳化完毕，自然降温至室温，粉碎得快充类石墨复合材料。


2.根据权利要求1所述快充石墨复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、丁醇、甲乙酮、环己酮、乙酸乙酯的一种。


3.根据权利要求1所述快充石墨复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加热的温度为60－120℃，所述加压的压强为1－5Mpa，在此温度、压强下反应的时间为1－3h；低温干燥为：在温度30－80℃，真空度≤100pa的条件下，干燥12－72h。...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晓落，安静，刘尚，吴浩，吴琪，
申请(专利权)人：石家庄尚太科技有限公司，山西尚太锂电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13