一种长寿命石墨复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池材料技术领域，提出了一种长寿命石墨复合材料及其制备方法，石墨复合材料具有核

【技术实现步骤摘要】
一种长寿命石墨复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料
，具体的，涉及一种长寿命石墨复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电动汽车对续航里程要求的提高，要求锂离子电池所用负极材料具有优异的循环性能。而目前市场化的负极材料主要以人造石墨为主，并以其成本低、结构稳定，功率性能好等优点而成为负极材料的首选材料，但是由于人造石墨自身的层间距小，造成其循环过程中材料的膨胀(理论膨胀10％左右)，影响其循环性能，导致电池寿命减少。而材料表面包覆无定形碳在高温下副反应较多会降低其循环性能，导致电池寿命减少，因此需要对其材料表面进行改性，以达到降低材料表面副反应，提高循环性能和寿命的目的，从而提高石墨复合材料的综合性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出一种长寿命石墨复合材料及其制备方法，解决了相关技术中的石墨复合材料在高温下副反应较多，导致循环性能差，影响电池寿命的问题。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种长寿命石墨复合材料，所述石墨复合材料具有核
‑
壳结构，内核为含氟的石墨，外壳为有机快离子导体；外壳的质量为石墨复合材料质量的1％
‑
5％。
[0006]作为进一步技术方案，所述有机快离子导体包括环烷酸锂、乙酸锂、草酸锂、全氟己烷磺酸锂、醋酸锂、十八酸锂、苯甲酸锂、乙二酸锂、硬质酸锂中的一种或多种。
[0007]一种长寿命石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将各向同性焦粉碎、整形后得到前驱体材料A；
[0009]S2、向有机溶剂中添加前驱体材料A、无机氟化物、粘结剂、添加剂分散均匀后浸泡，得到混合物；
[0010]S3、将混合物研磨后干燥，进行煅烧得到前驱体材料B；
[0011]S4、在氟气和氩气气氛下对前驱体材料B进行改性，得到改性前驱体材料；
[0012]S5、以改性前驱体材料为基体，有机快离子导体为靶材，进行原子气相沉积，得到石墨复合材料；
[0013]所述步骤S2添加剂包括双乙二酸硼酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟草酸硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或多种。
[0014]作为进一步技术方案，所述步骤S1各向同性焦粉碎后粒径为8
‑
10μm；整形后粒度分布为(D90
‑
D10)/D50＝0.9
‑
1.2。
[0015]作为进一步技术方案，所述步骤S2中前驱体材料A、无机氟化物、粘结剂、添加剂、有机溶剂的质量比为100：1
‑
5：1
‑
5：0.5
‑
2：500。
[0016]作为进一步技术方案，所述步骤S2中无机氟化物包括氟化钠、氟化钙、氟化镁、氟
化钾中的一种或多种；
[0017]有机溶剂包括乙二醇、丁二醇、1，2
‑
乙二醇、甘醇、1，3
‑
丁二醇、环己醇、1，4
‑
丁二醇、正己醇中的一种或多种。
[0018]作为进一步技术方案，所述步骤S2中浸泡为，真空下浸泡24
‑
72h。
[0019]作为进一步技术方案，所述步骤S3中煅烧为，在惰性气氛下升温到200
‑
400℃，煅烧时间为0.5
‑
1h。
[0020]作为进一步技术方案，所述步骤S4中氟气：氩气的体积比为1:10；改性温度为700
‑
1100℃，改性时间为0.5
‑
1h。
[0021]作为进一步技术方案，所述步骤S5中化学沉积的条件为，温度150
‑
250℃，压力0.1
‑
0.5Torr。
[0022]本专利技术的工作原理及有益效果为：
[0023]1、本专利技术在石墨内核中掺杂氟化物，在碳化过程中氟与碳形成
‑
C
‑
F
‑
化学键，具有结构稳定的特点，使其充放电过程中降低膨胀，且掺杂的氟与电解液中的含锂添加剂具有较好的相容性，减少副反应提升存储性能和循环性能。在外层通过原子气相沉积法沉积有机快离子导体，具有致密度高、一致性好及沉积厚度可控等优点，且有机快离子导体具有较好的离子导电性，提升充放电过程中的锂离子嵌脱速率，减少副反应；同时有机快离子导体与有机电解液的相容性好，能提升材料的界面结构稳定性，较少副反应的发生，提升循环和存储性能。
[0024]2、本专利技术通过添加剂和锂盐负极成膜添加剂的联合使用，在负极表面形成收缩性能好、耐高温性能好的表面膜，提高负极材料结构稳定性，提高活性物质与集流体之间的电接触性能，提高电池内阻的稳定性及循环性能。
附图说明
[0025]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0026]图1为实施例1制备的石墨复合材料SEM图。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本专利技术保护的范围。
[0028]实施例1
[0029]一种长寿命石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0030]S1、将各向同性焦粉碎到D50＝9μm，整形后使其粒度分布满足(D90
‑
D10)/D50＝1，得到前驱体材料A；
[0031]S2、向500g丁二醇溶液中添加100g前驱体材料A、3g氟化钠、3g沥青、1g双乙二酸硼酸锂分散均匀后真空浸泡48h，得到混合物；
[0032]S3、将混合物转移到球磨机中进行研磨分散后，在80℃真空干燥24h，并在氩气气氛下升温到300℃保温1h，得到前驱体材料B；
[0033]S4、将前驱体材料B转移到管式炉中，首先通入氩气排出管内空气，之后通入氟气、氩气体积比为1：10的气体，在温度950℃下保温1h，得到改性前驱体材料；
[0034]S5、通过原子气相沉积法，以改性前驱体材料为基体，环烷酸锂为靶材，在温度200℃，压力0.3Torr条件下进行化学沉积，得到石墨复合材料。
[0035]步骤S5化学沉积过程为：
①
通入有机快离子导体1秒；
②
氮气吹扫60秒；
③
通入氧源5秒；
④
氮气吹扫5秒；
⑤
通入水0.05秒；
⑥
氮气吹扫50秒；步骤
①‑⑥
循环50圈。
[0036]实施例2
[0037]一种长寿命石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0038]S1、将各向同性焦粉碎到D50＝8μm，整形后使其粒度分布满足(D90...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长寿命石墨复合材料，其特征在于，所述石墨复合材料具有核
‑
壳结构，内核为含氟的石墨，外壳为有机快离子导体；外壳的质量为石墨复合材料质量的1％
‑
5％。2.根据权利要求1所述的一种长寿命石墨复合材料，其特征在于，所述有机快离子导体包括环烷酸锂、乙酸锂、草酸锂、全氟己烷磺酸锂、醋酸锂、十八酸锂、苯甲酸锂、乙二酸锂、硬质酸锂中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种长寿命石墨复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将各向同性焦粉碎、整形后得到前驱体材料A；S2、向有机溶剂中添加前驱体材料A、无机氟化物、粘结剂、添加剂分散均匀后浸泡，得到混合物；S3、将混合物研磨后干燥，进行煅烧得到前驱体材料B；S4、在氟气和氩气气氛下对前驱体材料B进行改性，得到改性前驱体材料；S5、以改性前驱体材料为基体，有机快离子导体为靶材，进行原子气相沉积，得到石墨复合材料；所述步骤S2添加剂包括双乙二酸硼酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟草酸硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的一种长寿命石墨复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1各向同性焦粉碎后粒径为8
‑
10μm；整形后粒度分布为(D90
‑
D10)/D50＝0.9
‑
1.2。5.根据权利要求3所述的一种长寿命石墨复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中前驱体材料A、无机氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋志涛，陈佐川，李四新，高永静，陈经玲，
申请(专利权)人：四川坤天新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：