一种快充石墨复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术实施例公开了快充石墨复合材料的制备方法，其制备过程为：将石油焦或针状焦原料，粘结剂及其金属造孔剂混合均匀并进行压块，之后进行石墨化使其金属造孔剂挥发在其原料的基体上留下微量孔洞，得到石墨复合材料；同时制备出含有金属催化剂的复合体，并通过气体雾化法沉积在石墨复合材料的表面，之后通过气相沉积法进行气相沉积得到碳纳米管掺杂无定形碳包覆石墨复合材料。其复合材料通过金属造孔剂在其内核留下的多孔结构提升材料保液性能并提升离子导电率，及其外壳表面金属催化剂碳化生成的碳纳米管提升外壳的电子导电率，并发挥其电子导电率和离子导电率双方的优势，提升材料的倍率性能。提升材料的倍率性能。提升材料的倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种快充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制备领域，具体的说是一种快充石墨复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]石墨负极材料具有能量密度较高、循环性能较好、制备技术成熟、制造成本较低等特点，是锂离子电池主流的商业化负极材料；但随着市场对快速充电提出越来越高的要求，希望在室温和低温条件下提升快充能力，使得石墨负极材料必须经过特殊的设计和处理之后才能满足快充的要求。人们通常采用颗粒设计和表面改性的方法来实现快充性能的进一步提升，常见的思路如下：
①
降低骨料粒径，通过捏合实现二次颗粒化，最后石墨化得到一种二次颗粒结构的石墨负极材料；这种结构存在的缺陷是很难兼顾容量和快充性能，如果选择易石墨化原料，容量可以保证但快充性能较差；如果选择难石墨化原料，快充性能较好但容量较低；石墨化处理之后，颗粒表面高度有序化，对快充性能也造成很大负面影响，且内核的结构致密度高，虽然对循环有利，但是不利于倍率。
②
材料表面包覆软碳、硬碳及其导电剂、快离子导体等材料，提升充放电过程中锂离子的扩散速率，但是存在包覆均匀性差，致密度差，在长期循环过程中，内核与外壳容易剥离，造成循环严重恶化，降低循环性能。针对以上存在的问题，需要同时对石墨内核和外壳包覆，降低材料的阻抗及其提升材料的保液性能，提升材料的动力学性能及其结构稳定性，目前市场上很少从此方面进行研究及其改进。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于提供一种快充石墨复合材料及其制备方法，旨在解决现有技术中无法快速提升石墨的快充性能的问题。
[0004]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0005]第一方面，本申请提供一种快充石墨复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0006]称取石油焦或针状焦原料、粘结剂和金属造孔剂进行混合处理，并进行热压处理得到块状前驱体材料，再进行石墨化处理，得到多孔石墨前驱体材料；
[0007]提供含有金属催化剂的复合体，以所述多孔石墨前驱体材料为基体，采用气体雾化法在所述多孔石墨前驱体材料表面沉积金属催化剂，得到金属催化剂掺杂石墨复合材料；
[0008]提供惰性气氛，将所述金属催化剂掺杂石墨复合材料在碳源气体中进行碳化处理，得到碳纳米管掺杂无定形碳包覆石墨复合材料。
[0009]第二方面，本申请提供一种快充石墨复合材料，所述快充石墨复合材料由快充石墨复合材料的制备方法制备得到。
[0010]本申请第一方面提供的快充石墨复合材料的制备方法中，通过在石油焦/针状焦原料中添加金属造孔剂，在石墨化过程中，金属造孔剂气化留下纳米微米孔洞，提升石墨前
驱体材料的保液性能并改善倍率性能；同时金属造孔剂自身具有催化作用，加速石墨化的反应进程，提升效率；再采用气体雾化法，在多孔石墨前驱体材料孔隙中沉积金属催化剂，具有沉积深度深、致密度高、及其过程可控、效率高等优点，同时可以根据沉积物质的种类灵活调整沉积厚度及其种类；进一步在金属催化剂掺杂石墨复合材料通过碳化，并以此为基体生长碳纳米管，及其复合材料表面的粘结剂碳化形成无定形碳，降低材料的阻抗，提升动力学性能和保液性能，该制备方法简单方便、易于操作，有利于进行大规模制备。
[0011]本申请第二方面提供的快充石墨复合材料是由快充石墨复合材料的制备方法制备得到，得到的快充石墨复合材料动力学性能和保液性能优异，能够有利于广泛应用。
附图说明
[0012]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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的附图。
[0013]其中：
[0014]图1为实施例1制备出的碳纳米管掺杂无定形碳包覆石墨复合材料的SEM图。
具体实施方式
[0015]下面将结合本专利技术实施例中的附图，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0016]本申请实施例第一方面提供了一种快充石墨复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0017]S01.称取石油焦或针状焦原料、粘结剂和金属造孔剂进行混合处理，并进行热压处理得到块状前驱体材料，再进行石墨化处理，得到多孔石墨前驱体材料；
[0018]S02.提供含有金属催化剂的复合体，以所述多孔石墨前驱体材料为基体，采用气体雾化法在所述多孔石墨前驱体材料表面沉积金属催化剂，得到金属催化剂掺杂石墨复合材料；
[0019]S03.提供惰性气氛，将所述金属催化剂掺杂石墨复合材料在碳源气体中进行碳化处理，得到碳纳米管掺杂无定形碳包覆石墨复合材料。
[0020]本申请实施例第一方面提供的快充石墨复合材料的制备方法中，通过在石油焦/针状焦原料中添加金属造孔剂，在石墨化过程中，金属造孔剂气化留下纳米微米孔洞，提升石墨前驱体材料的保液性能并改善倍率性能；同时金属造孔剂自身具有催化作用，加速石墨化的反应进程，提升效率；再采用气体雾化法，在多孔石墨前驱体材料孔隙中沉积金属催化剂，具有沉积深度深、致密度高、及其过程可控、效率高等优点，同时可以根据沉积物质的种类灵活调整沉积厚度及其种类；进一步在金属催化剂掺杂石墨复合材料通过碳化，并以此为基体生长碳纳米管，及其复合材料表面的粘结剂碳化形成无定形碳，降低材料的阻抗，提升动力学性能和保液性能，该制备方法简单方便、易于操作，有利于进行大规模制备。
[0021]步骤S01中，称取石油焦或针状焦原料、粘结剂和金属造孔剂进行混合处理，并进行热压处理得到块状前驱体材料，再进行石墨化处理，得到多孔石墨前驱体材料。
[0022]在一些实施例中，所述石油焦或针状焦原料、所述粘结剂和所述金属造孔剂的质量比为100：5～15：1～5。
[0023]其中，石油焦或针状焦碳化后会形成石墨材料；石油焦/针状焦自身残碳量在60
‑
70％，石墨化后可以形成层状结构的人造石墨，提升能量密度；若采用树脂、淀粉、沥青等碳源，存在残弹量低20
‑
30％，首次效率低、比容量低等缺陷，降低能量密度。
[0024]在一些实施例中，所述粘结剂为石油沥青、煤沥青、酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂中的至少一种。添加粘结剂的目的是将石油焦或针状焦粘接便于在压力下成型，若粘结剂的添加量过多，粘结剂石墨化后会留下过多的孔洞降低多孔石墨前驱体材料的比容量，若粘结剂的添加量过少，则会导致无法粘接，得到的块状前驱体材料容易破碎。
[0025]在一些实施例中，所述金属造孔剂为氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化钛、氧化铈、氧化钨中的至少一种。添加金属造孔剂一方面是在2800℃挥发形成孔洞结构，另一方面，金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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，包括如下步骤：称取石油焦或针状焦原料、粘结剂和金属造孔剂进行混合处理，并进行热压处理得到块状前驱体材料，再进行石墨化处理，得到多孔石墨前驱体材料；提供含有金属催化剂的复合体，以所述多孔石墨前驱体材料为基体，采用气体雾化法在所述多孔石墨前驱体材料表面沉积金属催化剂，得到金属催化剂掺杂石墨复合材料；提供惰性气氛，将所述金属催化剂掺杂石墨复合材料在碳源气体中进行碳化处理，得到碳纳米管掺杂无定形碳包覆石墨复合材料。2.根据权利要求1所述的快充石墨复合材料的制备方法，其特征在于，所述石油焦或针状焦原料、所述粘结剂和所述金属造孔剂的质量比为100：5～15：1～5；和/或，所述多孔石墨前驱体材料和所述含有金属催化剂的复合体的质量比为100：1～10。3.根据权利要求1所述的快充石墨复合材料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为石油沥青、煤沥青、酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂中的至少一种；和/或，所述金属造孔剂为氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化钛、氧化铈、氧化钨中的至少一种。4.根据权利要求1所述的快充石墨复合材料的制备方法，其特征在于，所述热压处理的压力为5～10T，温度为25～100℃；和/或，所述石墨化处理的温度为2800～2900℃。5.根据权利要求1所述的快充石墨复合材料的制备方法，其特征在于，采用气体雾化法在所述多孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁金，
申请(专利权)人：深圳市金牌新能源科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：