一种石墨复合材料及其制备方法、锂电池负极技术

本申请涉及电池材料领域，具体而言，涉及一种石墨复合材料及其制备方法、锂电池负极。石墨复合材料包括：内核，内核包括石墨；以及外壳，外壳包覆于内核外，外壳包括预锂化固体电解质、导电剂以及碳。固态电解质可以提升材料的锂离子传输速率，导电剂可以有效改善固体电解质自身电子导电率差的问题从而提高石墨复合材料的电子导电率；固态电解质在充放电过程中会导致锂离子损耗，预锂化固态电解质能有效避免该问题，此外，石墨复合材料的外壳具有人工SEI膜的作用。本申请提供的石墨复合材料能有效提高提升材料的首次效率及锂离子导电率。有效提高提升材料的首次效率及锂离子导电率。有效提高提升材料的首次效率及锂离子导电率。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨复合材料及其制备方法、锂电池负极


[0001]本申请涉及电池材料领域，具体而言，涉及一种石墨复合材料及其制备方法、锂电池负极。

技术介绍

[0002]锂离子电池普遍使用石墨作为负极，石墨的理论比容量为372mAh/g，无法满足锂离子动力电池大容量、大功率、安全稳定等应用需求；目前，石墨材料改性提升倍率主要是通过在石墨表面包覆软碳或硬碳提升材料的倍率及其安全性能。但是该方法的包覆层对提升锂离子的传输速率及其扩散速率有限。

技术实现思路

[0003]本申请实施例的目的在于提供一种石墨复合材料及其制备方法、锂电池负极，其旨在改善现有的石墨锂离子传输速率较低的问题。
[0004]本申请第一方面提供一种石墨复合材料，石墨复合材料包括：
[0005]内核，内核包括石墨；以及
[0006]外壳，外壳包覆于内核外，外壳包括预锂化固体电解质、导电剂以及碳。
[0007]固态电解质可以提升材料的锂离子传输速率，导电剂可以有效改善固体电解质自身电子导电率差的问题从而提高石墨复合材料的电子导电率；固态电解质在充放电过程中会导致锂离子损耗，预锂化固态电解质能有效避免该问题，此外，石墨复合材料的外壳具有人工SEI膜的作用。本申请提供的石墨复合材料能有效提高提升材料的首次效率及锂离子导电率。
[0008]在本申请第一方面的一些实施例中，预锂化固体电解质选自预锂化锂镧锆氧、预锂化锂镧钛氧、预锂化磷酸钛铝锂以及预锂化磷酸锗铝锂中的至少一种；
[0009]可选地，导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、多孔碳以及导电碳纤维中的至少一种。
[0010]在本申请第一方面的一些实施例中，石墨复合材料的粒径为10～18μm。
[0011]在本申请第一方面的一些实施例中，预锂化固体电解质、导电剂以及碳的质量比为(10～30):(1～5):(1～5)。
[0012]本申请第二方面提供一种上述石墨复合材料的制备方法，包括：
[0013]将电解质、导电剂、添加剂、石墨以及溶剂混合得到混合液，将混合液干燥去除所述溶剂，然后碳化、粉碎得到前驱体；
[0014]使前驱体与锂接触并加压，加入锂电池电解液并保持加压状态12～72h，得到石墨复合材料。
[0015]在本申请第二方面的一些实施例中，将混合液干燥后碳化的步骤中，碳化的温度为700℃～1000℃，碳化的时间为24h～72h。
[0016]在本申请第二方面的一些实施例中，所述电解质、所述导电剂、所述添加剂与所述
溶剂的质量比为(10～30):(1～5):(1～5)：500。
[0017]在本申请第二方面的一些实施例中，电解质、导电剂、添加剂以及溶剂的质量之和与石墨的质量比为100:(100～300)。
[0018]在本申请第二方面的一些实施例中，溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮、丁酮、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、二氧六环、乙腈、乙酸乙酯、甲酸甲酯、氯仿、碳酸二甲酯以及碳酸二乙酯中的至少一种。
[0019]本申请第三方面提供一种锂电池负极，锂电池负极包括集流体和设置于集流体的活性材料；活性材料包括本申请第一方面提供的石墨复合材料。
[0020]本申请实施例提供的锂电池负极具有上述石墨复合材料的所有优点，能有效提高提升材料的首次效率及锂离子导电率。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0022]图1示出了实施例1制备的石墨复合材料的SEM图。
具体实施方式
[0023]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0024]下面对本申请实施例的石墨复合材料及其制备方法、锂电池负极进行具体说明。
[0025]一种石墨复合材料，石墨复合材料包括内核和外壳，外壳包覆于内核外，内核包括石墨；外壳包括预锂化固体电解质、导电剂以及碳。
[0026]作为示例性地，预锂化固体电解质选自预锂化锂镧锆氧、预锂化锂镧钛氧、预锂化磷酸钛铝锂以及预锂化磷酸锗铝锂中的至少一种。
[0027]作为示例性地，导电剂选自碳纳米管、石墨烯、多孔碳以及气相生长碳纤维中的至少一种。
[0028]在本申请的一些实施例中，预锂化固体电解质、导电剂以及碳的质量比为(10～30):(1～5):(1～5)。例如，预锂化固体电解质、导电剂以及碳的质量比可以为10：1:1、12：2:1、20：5:1、30：5:2、30：1:5、30：5:5等等。
[0029]在本申请的一些实施例中，电解质、导电剂以及碳的质量之和与溶剂的质量比为(1～5)：100。电解质、导电剂、碳以及溶剂的质量之和与石墨的质量比为100:(100～300)。
[0030]作为示例性地，石墨与外壳的质量比可以为100：(0.5～5)；
[0031]在本申请的一些实施例中，石墨复合材料的粒径为10～18μm。例如，石墨复合材料的粒径可以为10μm、11μm、13μm、15μm、17μm或者18μm等等。
[0032]在本申请的实施例中，预锂化固体电解质、导电剂及碳分散于碳中构成所述外壳；例如，至少部分所述导电剂分散在至少部分所述预锂化固体电解质中，所述导电剂均匀的分散在所述预锂化固体电解质中之间，所述预锂化固体电解质的至少部分和/或所述导电剂的至少部分与所述内核接触。
[0033]本申请实施例提供的石墨复合材料至少具有以下优点：
[0034]预锂化固态电解质对石墨材料进行表面包覆改性，固态电解质可以提升材料的锂离子传输速率，导电剂可以有效改善固体电解质电子导电率差的问题从而提高石墨复合材料的电子导电率；固态电解质在充放电过程中会导致锂离子损耗，预锂化固态电解质能有效避免该问题，碳、预锂化固体电解质、导电剂构成的外壳具有人工SEI膜的作用，同时该膜层具有一定的弹性，可以在一定程度上抑制石墨复合材料的体积膨胀，综上，本申请提供的石墨复合材料能有效提高提升材料的首次效率及锂离子导电率。
[0035]本申请还提供一种上述石墨复合材料的制备方法，主要包括：
[0036]将电解质、导电剂、添加剂、石墨以及溶剂混合得到混合液，将混合液干燥后碳化、粉碎得到前驱体。
[0037]使前驱体与锂接触并加压，加入锂电池电解液并保持加压状态12～72h，得到石墨复合材料。
[0038]进一步地，在制备前驱体的过程中，电解质、导电剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨复合材料，其特征在于，所述石墨复合材料包括：内核，所述内核包括石墨；以及外壳，所述外壳包覆于所述内核外，所述外壳包括预锂化固体电解质、导电剂以及碳。2.根据权利要求1所述的石墨复合材料，其特征在于，所述预锂化固体电解质选自预锂化锂镧锆氧、预锂化锂镧钛氧、预锂化磷酸钛铝锂以及预锂化磷酸锗铝锂中的至少一种；可选地，所述导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、多孔碳以及导电碳纤维中的至少一种。3.根据权利要求1所述的石墨复合材料，其特征在于，所述石墨复合材料的粒径为10～18μm。4.根据权利要求1所述的石墨复合材料，其特征在于，所述预锂化固体电解质、所述导电剂以及所述碳的质量比为(10～30):(1～5):(1～5)。5.权利要求1～4任一项所述石墨复合材料的制备方法，其特征在于，包括：将电解质、导电剂、添加剂、石墨以及溶剂混合得到混合液，将混合液干燥去除所述溶剂，然后碳化、粉碎得到前驱体；使所述前驱体与锂接触并加压，加入锂电池电解液并保持加压状态12～72h，得到所述石墨复合材料。6.根据权利要求5所述的石墨复合材料的制备方法，其特征在于，碳化的条件为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李能，
申请(专利权)人：湖南中科星城石墨有限公司，
类型：发明
国别省市：