本发明专利技术实施例公开了一种快离子复合体包覆石墨的复合材料，其为具有三层复合结构的颗粒状，内核为刻蚀石墨，中间层为由金属氧化物、快离子导体和无定形碳形成的多孔复合层；最外层为无定形碳层；本发明专利技术通过对金属氧化物进行处理，得到多孔的金属氧化物，与快离子导体溶液复合形成中间层，再包覆石墨，最后在外层气相沉积无定形碳层制备。本发明专利技术的材料中，复合中间层利用快离子导体离子导电率高，多孔金属氧化物电子导电率高的特性，提升材料的功率性能；同时中间层的金属氧化物材料具有多孔结构，使材料具有高的比表面积，提升充放电过程中锂离子的扩散速率及其降低材料的迁移路径，提升功率性能；设置在最外层的无定形碳层，由于其致密度高，可以防止内核直接与电解液接触，降低副反应的发生，提升其存储及其循环性能。能。能。
【技术实现步骤摘要】
一种快离子复合体包覆石墨的复合材料及其制备方法和应用
[0001]本专利技术属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种快离子复合体包覆石墨的复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]目前市场化的锂离子电池的负极材料主要以石墨(天然石墨、人造石墨)为主，其具有导电性好，可逆比容量高等优点，但石墨材料也存在结构稳定性差，与电解液的相容性差，并且锂离子在其有序层状结构中的扩散速度慢，导致该材料不能大倍率的充放电等缺点。
[0003]目前多通过对石墨负极材料表面包覆等手段解决上述问题。但常见的软碳或硬碳包覆材料存在充放电过程中锂离子的扩散速率慢，嵌锂路径长等缺陷。采用快离子导体包覆材料在充放电过程中，可以提供锂/钠离子交换过程的活性点，提升倍率性能及其扩散速率，但是快离子导体的电子导电率差，会影响其材料的极化，造成材料的功率性能偏差。
技术实现思路
[0004]为解决现有技术的不足，本专利技术提供一种快离子复合体包覆石墨的复合材料及其制备方法和应用，通过在石墨表面包覆离子导电率高的快离子导体及电子导电率高的多孔氧化物材料，提升功率及其快充性能。
[0005]为实现以上技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术第一方面的技术目的是提供一种快离子复合体包覆石墨的复合材料，其为具有三层复合结构的颗粒状，内核为刻蚀石墨，中间层为由金属氧化物、快离子导体和无定形碳形成的多孔复合层；最外层为无定形碳层；
[0007]其中，所述金属氧化物选自SnO、SnO2、NiO、Co3O4、In2O3、FeO、CuO、MnO2和MoO中的至少一种；所述快离子导体选自NaTi2(PO4)3、Na3V2(PO4)3和Na3Zr2(PO4)3中的至少一种。
[0008]进一步的，所述多孔复合层的孔隙率为10
‑
30％；优选为20
‑
30％。
[0009]进一步的，所述刻蚀石墨的比表面积5
‑
10m2/g，石墨OI值为1
‑
2；
[0010]进一步的，以所述复合材料的总重量计，中间层所占的质量百分比为1％
‑
10％，外壳所占质量比百分为1％
‑
10％；所述中间层中金属氧化物、快离子导体、无定形碳的重量比为1
‑
4:1
‑
4:2
‑
8。
[0011]本专利技术第二方面的技术目的是提供一种快离子复合体包覆石墨的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]制备刻蚀石墨：将石墨、浓硫酸和高锰酸钾混合反应，得到氧化石墨，之后进行碳化，得到所述刻蚀石墨；
[0013]制备中间层材料：将金属氧化物、有机模板剂和有机溶剂混合进行水热反应，烧结，得到多孔的金属氧化物，将其加入到快离子导体的有机溶剂溶液中，分散均匀后喷雾干燥，碳化，得到复合中间层材料；
[0014]中间层包覆石墨：将制备的复合中间层材料配制成悬浮液，加入刻蚀石墨，分散均匀，过滤得到固体，对固体碳化后，得到中间层包覆石墨的材料；
[0015]三层结构复合材料制备：对中间层包覆石墨的材料进行碳源气体气相沉积包覆，得到快离子复合体包覆石墨的复合材料。
[0016]进一步的，制备刻蚀石墨时，石墨、浓硫酸和高锰酸钾的重量比为100：100
‑
500：10
‑
30；三者混合反应的温度为50
‑
150℃，时间为1
‑
24h。
[0017]进一步的，制备刻蚀石墨时，所述碳化的温度为600
‑
900℃，时间为1
‑
6h；碳化的反应气氛为氨气和氩气混合气体，所述氨气和氩气在混合气体中体积比为1:10。
[0018]进一步的，制备中间层材料时，水热反应的温度为50
‑
120℃，所述烧结的温度为200
‑
500℃。
[0019]进一步的，制备中间层材料时，所述快离子导体的有机溶剂溶液中快离子导体的浓度为1wt％
‑
10wt％。
[0020]进一步的，所述有机模板剂选自四丙基氢氧化铵和四乙基氢氧化铵中的至少一种；其中涉及的有机溶剂均选自四氯化碳、N
‑
甲基吡咯烷酮、环己烷和四氢呋喃中的至少一种。
[0021]进一步的，所述金属氧化物、有机模板剂、有机溶剂和快离子导体的质量比为10
‑
50：1
‑
5：100
‑
500：10
‑
50。
[0022]进一步的，制备中间层材料时，所述碳化在惰性气氛下进行，碳化的温度为700
‑
1000℃，时间为1
‑
6h。
[0023]进一步的，制备的复合中间层材料粒度D50为15
‑
20μm，制备的刻蚀石墨的粒度D50为5
‑
10μm。
[0024]进一步的，中间层包覆石墨时，复合中间层材料的悬浮液中固体浓度为1wt％
‑
10wt％。使用的溶剂选自四氯化碳、N
‑
甲基吡咯烷酮和环己烷中的至少一种。
[0025]进一步的，中间层包覆石墨时，所述复合中间层材料与刻蚀石墨的质量比为5
‑
10:100。
[0026]进一步的，中间层包覆石墨时，所述碳化在惰性气氛下进行，碳化的温度为700
‑
1000℃，时间为1
‑
6h。
[0027]进一步的，所述碳源气体选自甲烷、乙炔和乙烷中的至少一种。所述气相沉积的温度为700
‑
1000℃，反应时间1
‑
6h。通过气相沉积在材料外表面形成无定形碳层。
[0028]本专利技术第三方面的技术目的是提供所述快离子复合体包覆石墨复合材料作为可充电电池负极材料的应用。
[0029]实施本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：
[0030](1)通过在石墨表面包覆包括快离子导体的复合中间层，利用快离子导体离子导电率高，多孔金属氧化物电子导电率高的特性，提升材料的功率性能；同时中间层的金属氧化物材料具有多孔结构，使材料具有高的比表面积，提升充放电过程中锂离子的扩散速率及其降低材料的迁移路径，提升功率性能；设置在最外层的无定形碳层，由于其致密度高，可以防止内核直接与电解液接触，降低副反应的发生，提升其存储及其循环性能。
[0031](2)本专利技术的制备方法中，采用金属氧化物、有机模板剂和有机溶剂混合水热反应，一般的有机模板剂如四丙基氢氧化铵等呈现碱性，而金属氧化物多为酸性氧化物，反应
过程中金属氧化物与有机模板剂发生化学反应而非物理吸附，提高复合材料结构稳定性，200
‑
500℃烧结后，金属化合物掺杂在多孔无定形碳间；优选的技术方案中，特定的有机模板剂含有氮原子，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种快离子复合体包覆石墨的复合材料，其特征在于，其为具有三层复合结构的颗粒状，内核为刻蚀石墨，中间层为由金属氧化物、快离子导体和无定形碳形成的多孔复合层；最外层为无定形碳层；其中，所述金属氧化物选自SnO、SnO2、NiO、Co3O4、In2O3、FeO、CuO、MnO2和MoO中的至少一种；所述快离子导体选自NaTi2(PO4)3、Na3V2(PO4)3和Na3Zr2(PO4)3中的至少一种。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，以所述复合材料的总重量计，中间层所占的质量百分比为1％
‑
10％，外壳所占质量比百分为1％
‑
10％；所述中间层中金属氧化物、快离子导体、无定形碳的重量比为1
‑
4:1
‑
4:2
‑
8。3.权利要求1或2所述的复合材料的制备方法，包括以下步骤：制备刻蚀石墨：将石墨、浓硫酸和高锰酸钾混合反应，得到氧化石墨，之后进行碳化，得到所述刻蚀石墨；制备中间层材料：将金属氧化物、有机模板剂和有机溶剂混合进行水热反应，烧结，得到多孔的金属氧化物，将其加入到快离子导体的有机溶剂溶液中，分散均匀后喷雾干燥，碳化，得到复合中间层材料；中间层包覆石墨：将制备的复合中间层材料配制成悬浮液，加入刻蚀石墨，分散均匀，过滤得到固体，对固体碳化后，得到中间层包覆石墨的材料；三层结构复合材料制备：对中间层包覆石墨的材料进行碳源气体气相沉积包覆，得到快离子复合体包覆石墨的复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，制备刻蚀石墨时，石墨、浓硫酸和高锰...
【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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。