一种掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料制造技术

本发明专利技术属于锂电池技术领域，具体涉及一种掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料，所述复合材料包括石墨、碳纳米角、碳纳米管和石墨烯纳米片，石墨构成所述复合材料的主体，碳纳米角、碳纳米管和石墨烯纳米片填充到石墨构成的主体的材料间隙中搭建成三维桥联结构；本发明专利技术的石墨烯、碳纳米管和碳纳米角共同填充在石墨颗粒的间隙中，同时起到提升复合材料的导电性、离子导电率及热导率的作用，由于增加了导热率从而实现电池安全性的提升，增加了导电率实现了快充，而离子导电率的提高提升了能量密度，可以减小负极材料因充放电循环导致的结构坍塌，从而提升电池的循环寿命、提高了电池的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料
本专利技术属于锂电池
，具体涉及一种掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料。
技术介绍
锂离子电池由于具有比能量高、应用温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、环境友好等优势，具有广泛的应用范围。传统的锂离子电池的负极材料是石墨，然而由于其较低的理论比容量以及有限的倍率性能大大限制了其实际应用。以石墨烯为代表的碳基材料由于具有较大的空间结构和优良的光电性能已成功应用于二次电池材料电极，在一定程度上提高了二次电池材料的各种性能。目前影响电池或超级电容性能的主要因素有电导率、离子导电率和导热率，目前石墨烯在电池中的主要作用是提高电极的导热/散热特性，并不是电池正负极的活性材料，这是由于石墨烯的片状结构抑制锂离子的扩散，容易造成电池极化严重，会导致石墨烯的振实和压实密度都非常低，因此如何利用石墨烯以及其他材料来提高电池或超级电容的性能仍然是目前电池领域探究的方向。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足而提供一种能量密度高的掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料。本专利技术的技术方案如下：一种掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料，所述复合材料包括石墨、碳纳米角、碳纳米管和石墨烯纳米片，石墨构成所述复合材料的主体，碳纳米角、碳纳米管和石墨烯纳米片填充到石墨构成的主体的材料间隙中搭建成三维桥联结构。进一步的，所述石墨烯纳米片采用尺寸0.5-5μm、厚度0.7-0.9nm的还原氧化石墨烯纳米片，所述碳纳米管采用长度0.5-2μm的羧基化碳纳米管，碳纳米角多以碳纳米角聚集体的形式存在，所述碳纳米角聚集体的粒径为30-80nm。进一步的，所述石墨烯纳米片、碳纳米管、碳纳米角和石墨的重量比为0.3∶0.3∶0.3∶96-2∶2∶2∶88。进一步的，所述石墨烯纳米片为纯石墨烯、氧化石墨烯或还原氧化石墨烯。进一步的，所述碳纳米管选自单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或多种，所述碳纳米管经过酸处理、氧化处理或表面活性剂处理。进一步的，所述石墨构成的主体的材料间隙中还负载有亚氧化钛。进一步的，所述石墨烯纳米片、碳纳米管、碳纳米角、亚氧化钛和石墨的重量比为0.3∶0.3∶0.3∶0.3∶95-2∶2∶2∶2：86进一步的，所述掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料作为锂电池负极材料或超级电容电极片，在用作超级电容电极片时，可以用活性炭替代石墨从而降低成本。进一步的，所述复合材料是将石墨、碳纳米角、碳纳米管、石墨烯纳米片、导电剂和粘结剂在粉末状态下混匀后，在温度为20-50℃的条件下经高速球磨制得，其中，球磨转速为500-1500转/分钟。一种掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料的制备工艺，包括如下步骤：步骤一：按照0.3∶0.3∶0.3∶96∶1.5∶1.5-2∶2∶2∶88∶3∶3的比例称取石墨烯纳米片、碳纳米管、碳纳米角、石墨、导电剂和粘接剂；步骤二：称重完成后，将所有原料在一定量的有机溶剂中混合均匀成糊状得到混合糊料，并在温度为20-50℃的条件下高速球磨制得，其中，球磨转速为500-1500转每分钟，将混合糊料压制成型并烘干得到所述掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的石墨烯具有良好的导热性和柔韧性，丰富的微孔/介孔结构；碳纳米管作为一维纳米材料，拥有高的长径比，具有优异的导电性，具有许多优异的力学、电学和化学性能；碳纳米角具有优良的离子吸附性能，离子迁移的动力学行为更好；本专利技术中，石墨烯、碳纳米管和碳纳米角通过与石墨混合，在石墨构成的负极材料结构间隙中搭建成三维桥联结构，从而提升了以石墨为主体的负极材料的电导性、离子导电率及热导率，其中，石墨烯纳米片为二维的片层结构，作为包覆石墨颗粒的“面”，碳纳米角为“点”状的结构，填充在石墨颗粒之间、石墨烯片层之间、以及石墨颗粒与石墨片层之间，而碳纳米管具有高的长径比、作为一维“线”结构填充“面”之间的空隙且连接石墨颗粒、石墨烯片层和碳纳米角颗粒，实现了“面-线-点-石墨颗粒”之间充分的接触，从而增加了额外的物理接触面积，形成了更多的电子和离子传递路径；石墨烯、碳纳米管和碳纳米角共同填充在石墨颗粒的间隙中，同时起到提升复合材料的导电性、离子导电率及热导率的作用，其中石墨烯以提高热导率的作用为主，碳纳米管以提升导电率的作用为主，碳纳米角主要吸附电解液、增加离子导电率；由于增加了导热率从而实现电池安全性的提升，增加了导电率实现了快充，而离子导电率的提高提升了能量密度，石墨烯、碳纳米管和碳纳米角共同添加到负极材料间隙，可以减小负极材料因充放电循环导致的结构坍塌，从而提升电池的循环寿命、提高了电池的使用寿命。具体实施方式下面将对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料，所述复合材料包括石墨、碳纳米角、碳纳米管和石墨烯纳米片，石墨构成所述复合材料的主体，碳纳米角、碳纳米管和石墨烯纳米片填充到石墨构成的主体的材料间隙中搭建成三维桥联结构；具体的，所述石墨烯纳米片采用尺寸0.5-5μm、厚度0.7-0.9nm的还原氧化石墨烯纳米片，所述碳纳米管采用长度0.5-2μm的羧基化碳纳米管，碳纳米角多以碳纳米角聚集体的形式存在，所述碳纳米角聚集体的粒径为30-80nm，石墨烯纳米片、碳纳米管、碳纳米角和石墨的重量比为0.3∶0.3∶0.3∶96。进一步的，所述石墨烯纳米片还可以为纯石墨烯、或还原氧化石墨烯；所述碳纳米管还可以为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或多种，所述碳纳米管经过酸处理、氧化处理或表面活性剂处理。本实施例的所述掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料采用如下制备工艺制得：包括，步骤一：按照0.3∶0.3∶0.3∶96：1.5∶1.5的比例称取石墨烯纳米片、碳纳米管、碳纳米角、石墨、导电剂和粘接剂；步骤二：称重完成后，将所有原料在一定量的有机溶剂中混合均匀成糊状得到混合糊料，并在温度为25℃的条件下高速球磨制得，其中，球磨转速为1000转每分钟，将混合糊料压制成型并烘干得到所述掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料。实施例2本实施例为基于实施例1的另一种实施方式，对于实施例1相同的技术方案描述将省略，仅对与实施例1不同的技术方案进行说明。一种掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料，所述复合材料包括石墨、碳纳米角、碳纳米管和石墨烯纳米片，石墨构成所述复合材料的主体，碳纳米角、碳纳米管和石墨烯纳米片填充到石墨构成的主体的材料间隙中搭建成三维桥联结构；具体的，石墨烯纳米片、碳纳米管、碳纳米角和石墨的重量比为2∶2∶2∶88。本实施例的所述掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料采用如下制备工艺制得：包括，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料，其特征在于：所述复合材料包括石墨、碳纳米角、碳纳米管和石墨烯纳米片，石墨构成所述复合材料的主体，碳纳米角、碳纳米管和石墨烯纳米片填充到石墨构成的主体的材料间隙中搭建成三维桥联结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料，其特征在于：所述复合材料包括石墨、碳纳米角、碳纳米管和石墨烯纳米片，石墨构成所述复合材料的主体，碳纳米角、碳纳米管和石墨烯纳米片填充到石墨构成的主体的材料间隙中搭建成三维桥联结构。


2.根据权利要求1所述的掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料，其特征在于：所述石墨烯纳米片采用尺寸0.5-5μm、厚度0.7-0.9nm的还原氧化石墨烯纳米片，所述碳纳米管采用长度0.5-2μm的羧基化碳纳米管，碳纳米角多以碳纳米角聚集体的形式存在，所述碳纳米角聚集体的粒径为30-80nm。


3.根据权利要求1所述的掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料，其特征在于：所述石墨烯纳米片、碳纳米管、碳纳米角和石墨的重量比为0.3∶0.3∶0.3∶96-2∶2∶2∶88。


4.根据权利要求1所述的掺杂碳纳米材料的石墨电极复合材料，其特征在于：所述石墨烯纳米片为纯石墨烯、氧化石墨烯或还原氧化石墨烯。


5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩兰，
申请(专利权)人：河南英能新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41