一种复合石墨负极材料及其制备方法技术

为克服现有技术中石墨负极材料比容量低，脆性结构不稳定，对电解液敏感性强以及循环稳定性差的问题，本发明专利技术提供了一种复合石墨负极材料及其制备方法，具体的，采用聚酰亚胺和聚吡咯碳包覆得到的包覆复合物再由高温碳化处理；本发明专利技术提供的复合石墨负极材料及其制备方法有效提高了石墨负极材料的比容量以及电导率，并且在锂离子嵌入和脱出时能为石墨负极提供支撑结构，在高电压及大功率充放电情况下确保石墨负极材料结构不会被破坏，有利于保持结构完整性，增强负极材料的长期循环稳定性。增强负极材料的长期循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种复合石墨负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种复合石墨负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池是一种二次电池，依靠锂离子的正极和负极之间移动来工作，石墨负极材料制备的锂离子电池具有工作电压高且平稳、首次充放电效率和循环性能好等特点，是目前工业上用量很大的负极材料，但现有技术中石墨负极材料与电解液的相容性差，比容量低，脆性结构不稳定，循环稳定性差。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中石墨负极材料比容量低，脆性结构不稳定，对电解液的敏感性强，循环稳定性差的问题，提供一种复合石墨负极材料及其制备方法。
[0004]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0005]提供一种复合石墨负极材料，包括石墨、第一碳包覆层和第二碳包覆层，所述第一碳包覆层包覆于所述石墨的表面，所述第二碳包覆层包覆于所述第一碳包覆层上背离所述石墨的表面，所述第一碳包覆层为聚酰亚胺碳化层，所述第二碳包覆层为聚吡咯碳化层。
[0006]可选的，所述石墨的粒径为2
‑
25μm。
[0007]可选的，所述第一碳包覆层的包覆量为5
‑
30wt％。
[0008]可选的，所述第二碳包覆层的包覆量为2
‑
15wt％。
[0009]另一方面，本专利技术还提供一种复合石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0010]聚酰亚胺一次包覆石墨复合物的制备：在石墨的表面包覆聚酰亚胺层；
[0011]聚酰亚胺一次包覆石墨复合物的碳化：将聚酰亚胺层高温碳化为第一碳包覆层；
[0012]聚吡咯二次包覆石墨复合碳化物的制备：在碳化后的聚酰亚胺一次包覆石墨复合物的表面继续包覆聚吡咯层；
[0013]聚吡咯二次包覆石墨复合物的碳化：将聚吡咯层高温碳化为第二碳包覆层。
[0014]可选的，所述“聚酰亚胺一次包覆石墨复合物的制备”中，将二胺单体和二酐单体在有机溶剂中交联反应，制备聚酰胺酸前驱体溶液，将石墨置于所述聚酰胺酸前驱体溶液中，使聚酰胺酸前驱体酰亚胺化，在石墨的表面包覆聚酰亚胺层。
[0015]可选的，所述聚酰胺酸前驱体溶液固含量为10～25wt％；
[0016]所述二胺单体为1,6
‑
己二胺、1,3
‑
双(3
‑
氨基丙烷基)四甲基二硅氧烷、1,3
‑
双(4
‑
氨基苯氧基甲烷)
‑
1,1,3,3
‑
四甲基二硅氧烷、3,4
’‑
二氨基二苯醚(3,4
’‑
ODA)、4,4
’‑
二氨基二苯醚(4,4
’‑
ODA)、4,4
’‑
二氨基二苯砜(4,4
’‑
DDS)、1,4
‑
双(4
‑
氨基苯氧基)苯(1,4
‑
BAB)、2,2
‑
双[(4
‑
氨基苯氧基)苯基]丙烷(4
‑
BAPP)、双[4
‑
(4
‑
苯氧基)苯基]砜(BAPS)、3,3
’‑
二甲基
‑
4,4
’‑
二氨基二苯甲烷(DMMDA)、1,4
‑
双(4
‑
氨基苯氧基)
‑2‑
叔丁基苯(BATB)、1,
4
‑
双(4
‑
硝基苯氧基)
‑2‑
叔丁基苯(BNTB)、1,4
‑
双(4
‑
氨基苯氧基)
‑
2,5
‑
二叔丁基苯(BADTB)、1,4
‑
双(4
‑
硝基苯氧基)
‑
2,5
‑
二叔丁基苯(BNDTB)、4,4
‑
二氨基苯酰替苯胺(4,4
‑
DABA)4
‑
氨基苯甲酸(4
‑
氨基苯基)酯(APAB)、六氟甲基联苯二胺(TFDB)中的一种或多种；
[0017]所述二酐单体为均苯四酸二酐(PMDA)、3,3
’
，4,4
’‑
联苯四酸二酐(BPDA)、3,3
’
，4,4
’‑
二苯甲酮四酸二酐(BTDA)、3,3
’
，4,4
’‑
二苯醚四酸二酐(ODPA)、2,2
’‑
双[4
‑
(3,4二羧苯氧基)苯基]丙烷四酸二酐(BPADA)、2,2
’‑
双(3,4二羧苯基)六氟丙烷四酸二酐(6FDA)中的一种或多种；
[0018]所述有机溶剂为二甲基乙酰胺DMAc、四氢呋喃(THF)、二甲基亚砜DMSO、二甲基甲酰胺DMF、N
‑
甲基吡咯烷酮NMP中的一种或多种。
[0019]可选的，所述“聚酰亚胺一次包覆石墨复合物的制备”中，采用聚酰亚胺粉体或聚酰亚胺凝胶与石墨混合包覆，得到聚酰亚胺一次包覆石墨复合物。
[0020]可选的，所述石墨为人造石墨、天然石墨、人造石墨尾料和天然石墨尾料中的一种或多种。
[0021]可选的，所述“聚酰亚胺一次包覆石墨复合物的碳化”和所述“聚吡咯二次包覆石墨复合物的碳化”均在保护气体下进行，所述保护气体为N2、惰性气体中的一种或多种。
[0022]本专利技术提供的复合石墨负极材料及其制备方法，采用二酐和二胺单体合成具有刚性链结构的聚酰亚胺，再与石墨混合进行石墨的一次包覆，将得到的包覆复合物高温碳化处理，得到表层包覆具有规则刚性碳链结构的聚酰亚胺一次包覆石墨碳化复合物，此种结构可以提高材料的比容量，并且在锂离子嵌入和脱出时能为石墨负极提供支撑结构，抑制材料结构形变，在高电压及大功率充放电情况下确保石墨负极材料结构不会被破坏，有利于保持结构的完整性，可增强负极材料的长期循环稳定性；并且将此种有益结构通过对其进行聚吡咯的二次包覆，有效提高了材料的电导率，降低材料的阻抗，利于大倍率充放电，并且此二次包覆结构可缓解电池在大倍率长时间的充放电工况下电池的发热状况，延长电池的循环使用寿命。
附图说明
[0023]图1是本专利技术提供的高比容量的复合石墨负极材料的合成流程图。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]本专利技术实施例提供了一种复合石墨负极材料及其制备方法，包括石墨、第一碳包覆层和第二碳包覆层，所述第一碳包覆层包覆于所述石墨的表面，所述第二碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合石墨负极材料，其特征在于，包括石墨、第一碳包覆层和第二碳包覆层，所述第一碳包覆层包覆于所述石墨的表面，所述第二碳包覆层包覆于所述第一碳包覆层上背离所述石墨的表面，所述第一碳包覆层为聚酰亚胺碳化层，所述第二碳包覆层为聚吡咯碳化层。2.根据权利要求1所述的一种复合石墨负极材料，其特征在于，所述石墨的粒径为2
‑
25μm。3.根据权利要求1所述的一种复合石墨负极材料，其特征在于，所述第一碳包覆层的包覆量为5
‑
30wt％。4.根据权利要求1所述的一种复合石墨负极材料，其特征在于，所述第二碳包覆层的包覆量为2
‑
15wt％。5.如权利要求1～4任意一项所述的一种复合石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：聚酰亚胺一次包覆石墨复合物的制备：在石墨的表面包覆聚酰亚胺层；聚酰亚胺一次包覆石墨复合物的碳化：将聚酰亚胺层高温碳化为第一碳包覆层；聚吡咯二次包覆石墨复合碳化物的制备：在碳化后的聚酰亚胺一次包覆石墨复合物的表面继续包覆聚吡咯层；聚吡咯二次包覆石墨复合物的碳化：将聚吡咯层高温碳化为第二碳包覆层。6.根据权利要求5所述的一种复合石墨负极材料的合成方法，其特征在于，所述“聚酰亚胺一次包覆石墨复合物的制备”中，将二胺单体和二酐单体在有机溶剂中交联反应，制备聚酰胺酸前驱体溶液，将石墨置于所述聚酰胺酸前驱体溶液中，使聚酰胺酸前驱体酰亚胺化，在石墨的表面包覆聚酰亚胺层。7.根据权利要求6所述的一种复合石墨负极材料及其制备方法，其特征在于，所述聚酰胺酸前驱体溶液固含量为10～25wt％；所述二胺单体为1,6
‑
己二胺、1,3
‑
双(3
‑
氨基丙烷基)四甲基二硅氧烷、1,3
‑
双(4
‑
氨基苯氧基甲烷)
‑
1,1,3,3
‑
四甲基二硅氧烷、3,4
’‑
二氨基二苯醚(3,4
’‑
ODA)、4,4
’‑
二氨基二苯醚(4,4
’‑
ODA)、4,4
’‑
二氨基二苯砜(4,4
’‑
DDS)、1,4
‑
双(4
‑
氨基苯氧基)苯(1,4
‑
BAB)、2,2
‑
双[(4
‑
氨基苯氧基)苯基]丙烷(4
‑
BAPP)、双[4
‑
(4
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云鹏，张紫岩，
申请(专利权)人：珠海鹏亿渤能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：