一种高功率石墨复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池材料制备技术领域，提出了一种高功率石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、在石墨烯导电液中添加氮源分散均匀后，再添加有机铁源化合物、金属偶联剂、稀土化合物分散均匀后，得到混合溶液；S2、将混合溶液在温度为100

【技术实现步骤摘要】
一种高功率石墨复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料制备
，具体的，涉及一种高功率石墨复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池对能量密度及其功率性能要求的提高，而目前市场上所用负极材料主要以人造石墨为主，其实际的比容量约为360mAh/g，已经接近理论容量372mAh/g，快充性能≤4C，无法满足下一代高能量密度高功率负极的需求。石墨材料主要是由内核石墨及其包覆层无定形碳组成，而无定形碳能量密度低(300mAh/g，1.0g/cm3)造成其整个复合材料的能量密度偏低。提升材料能量密度及其功率性能的措施之一是对其材料进行表面包覆，以改善材料的功率性能。目前氧化铁作为一种比容量高、功率性能好的负极，存在膨胀大，循环性能差等缺陷，因此如何在利用氧化铁比容量高、功率性能好的前提下，解决膨胀大、循环性能差等缺陷，从而提高石墨材料的综合性能，是一个技术难题。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出一种高功率石墨复合材料的制备方法，解决了相关技术中石墨复合材料能量密度低、膨胀大、功率性能差、循环性能差的问题。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种高功率石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、在石墨烯导电液中添加氮源分散均匀后，再添加有机铁源化合物、金属偶联剂、稀土化合物分散均匀后，得到混合溶液；
[0007]S2、将混合溶液在温度为100
‑
200℃反应1
‑
6h后，干燥得到多孔氧化铁/石墨烯包覆材料；
[0008]S3、向多孔氧化铁/石墨烯包覆材料中添加粘结剂和有机溶剂，分散均匀后得到包覆混合液；
[0009]S4、向包覆混合液中添加石墨混合均匀进行干燥后，碳化得到石墨复合材料。
[0010]作为进一步技术方案，所述步骤S1中石墨烯导电液的溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮，浓度为1
‑
5wt％。
[0011]作为进一步技术方案，所述步骤S1中氮源包括吡咯、噻吩、苯胺、尿素、三聚氰胺中的一种或多种；金属偶联剂包括钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂中的一种或多种。
[0012]作为进一步技术方案，所述步骤S1中有机铁源化合物包括柠檬酸铁铵、乙酰基二茂铁、草酸高铁铵、乙二胺四乙酸铁铵中的一种或多种。
[0013]作为进一步技术方案，所述步骤S1中稀土化合物为氢氧化镧。
[0014]作为进一步技术方案，所述步骤S1中石墨烯、氮源、有机铁源化合物、金属偶联剂、稀土化合物的质量比为1
‑
5：1
‑
5：100：1
‑
5：1
‑
5。
[0015]作为进一步技术方案，所述步骤S3中粘结剂包括石油沥青、煤沥青中的一种；有机
溶剂包括四氯化碳、环己烷、二甲苯、N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种。
[0016]作为进一步技术方案，所述多孔氧化铁/石墨烯包覆材料、粘结剂、有机溶剂、石墨的质量比为5
‑
20：1
‑
10：500
‑
1500：100。
[0017]作为进一步技术方案，所述步骤S2中干燥为冷冻干燥，在
‑
40℃冷冻24
‑
48h。
[0018]作为进一步技术方案，所述步骤S4中碳化为，在惰性气氛下以1
‑
10℃/min的升温速率升温到700
‑
1200℃，保温1
‑
6h。
[0019]本专利技术的工作原理及有益效果为：
[0020]1、本专利技术通过水热法，将有机铁基化合物，金属偶联剂、氢氧化镧、石墨烯制备得到多孔氧化铁/石墨烯包覆材料，一方面依靠石墨烯降低包覆层材料的阻抗，另一方面通过偶联剂形成网状结构使其束缚铁基材料的膨胀。同时多孔氧化铁/石墨烯包覆材料通过与粘结剂、有机溶剂混合后碳化，转化成无定形碳，与铁基氧化物发挥协同作用，一方面提高了无定形碳电子导电率，使多孔铁基材料能量密度高、电子导电率高，另一方面其多孔结构提升材料的吸液保液能力和充放电过程中的锂离子嵌脱速率及其循环性能。得到的石墨复合材料不仅具有较高的比容量和功率性能，而且解决了氧化铁膨胀大、循环性能差等缺陷，从而提高石墨材料的综合性能。
[0021]2、本专利技术中掺杂氢氧化镧一方面提供水热反应的碱环境提升反应进程，另一方面氢氧化镧反应后进行镧的掺杂，提升铁化合物的电子导电性。
附图说明
[0022]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。
[0023]图1为实施例1制备的石墨复合材料的SEM图。
具体实施方式
[0024]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。
[0025]实施例1
[0026]一种高功率石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0027]S1、称取3wt％的石墨烯导电液100g并添加素分散均匀后，再添加100g柠檬酸铁铵、3g三硬脂酸钛酸异丙酯，3g氢氧化镧超声分散均匀后，得到混合溶液；
[0028]S2、将混合溶液转移到高压反应釜中，在温度为150℃反应3h，之后在
‑
40℃冷冻干燥24h，得到多孔氧化铁/石墨烯包覆材料；
[0029]S3、称取10g多孔氧化铁/石墨烯包覆材料、5g石油沥青和800g四氯化碳分散均匀后，得到包覆混合液；
[0030]S4、向包覆混合液中添加100g人造石墨，混合均匀进行喷雾干燥后，在氩气惰性气氛下以升温速率5℃/min升温到900℃保温3h，粉碎、分级得到石墨复合材料。
[0031]实施例2
[0032]一种高功率石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0033]S1、称取1wt％石墨烯导电液100g并添加1g苯胺分散均匀后，再添加100g乙酰基二茂铁、1g二异硬酯酰基钛酸乙酯，1g氢氧化镧超声分散均匀后，得到混合溶液；
[0034]S2、将混合溶液转移到高压反应釜中，在温度为100℃反应6h，之后在
‑
40℃冷冻干燥24h，得到多孔氧化铁/石墨烯包覆材料；
[0035]S3、称取5g多孔氧化铁/石墨烯包覆材料、1g煤沥青和500g环己烷分散均匀后，得到包覆混合液；
[0036]S4、向包覆混合液中添加100g人造石墨，并混合均匀、喷雾干燥，然后在氩气惰性气氛下以升温速率1℃/min升温到700℃保温6h，粉碎、分级得到石墨复合材料。
[0037]实施例3
[0038]一种高功率石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0039]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功率石墨复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在石墨烯导电液中添加氮源分散均匀后，再添加有机铁源化合物、金属偶联剂、稀土化合物分散均匀后，得到混合溶液；S2、将混合溶液在温度为100
‑
200℃反应1
‑
6h后，干燥得到多孔氧化铁/石墨烯包覆材料；S3、向多孔氧化铁/石墨烯包覆材料中添加粘结剂和有机溶剂，分散均匀后得到包覆混合液；S4、向包覆混合液中添加石墨混合均匀进行干燥后，碳化得到石墨复合材料。2.根据权利要求1所述的一种高功率石墨复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中石墨烯导电液的溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮，浓度为1
‑
5wt％。3.根据权利要求1所述的一种高功率石墨复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中氮源包括吡咯、噻吩、苯胺、尿素、三聚氰胺中的一种或多种；金属偶联剂包括钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种高功率石墨复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中有机铁源化合物包括柠檬酸铁铵、乙酰基二茂铁、草酸高铁铵、乙二胺四乙酸铁铵中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种高功率石墨复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中稀土化合物为氢氧化镧。6.根据权利要求1所述的一种高功率石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋志涛，陈佐川，胡志林，李四新，高永静，
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：