石墨复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种石墨复合材料、石墨复合材料的制备方法以及石墨复合材料的应用。石墨复合材料包括内核以及包覆在内核外的外壳，内核包括石墨和硬碳，外壳包括石墨烯、锂化合物和无定形碳；内核和外壳的质量比为80～95：5～20。这种石墨复合材料的外壳包括石墨烯、锂化合物和无定形碳，石墨烯和无定形碳提高了石墨复合材料的保液性能，离子导电率高的锂化合物配合电子导电率高的石墨烯和无定形碳，可以发挥协同效应，提升石墨复合材料的功率性能和循环性能，锂化合物还降低了石墨复合材料的不可逆容量，从而提升了石墨复合材料的首次效率。结合测试例2的数据可以看出，本发明专利技术这种石墨复合材料的首次放电比容量及其首次效率优于对比例。对比例。对比例。

【技术实现步骤摘要】
石墨复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及二次电池领域，尤其是涉及一种石墨复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着市场对锂离子电池快充性能要求的提高，要求锂离子电池负极材料在具有高能量密度的同时，材料的快充性能也要求提高。目前提升石墨材料快充性能措施主要有降低骨料粒径、材料表面包覆无定形碳及其材料外壳包覆导电剂、金属氧化物等电子或离子导电性高的材料提升材料的功率性能。
[0003]专利申请号CN202010124061.4公开了一种快充石墨负极材料及其制备方法，其制备方法为，(1)复合造粒：将石墨前驱体、粘结剂、增粘树脂，得到快充石墨前驱体；(2)将步骤(1)制备的快充石墨前驱体置于石墨化炉中进行高温石墨化处理，得到快充石墨负极材料。通过此方法，在石墨的表面包覆一层均匀的无定形碳，并进行二次颗粒，提升材料的各向同性度更高，倍率性能和循环性能，但是存在首次效率偏低的缺点。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种首次效率较高的石墨复合材料。
[0005]此外，还有必要提供一种上述石墨复合材料的制备方法以及上述石墨复合材料的应用。
[0006]一种石墨复合材料，包括内核以及包覆在所述内核外的外壳，所述内核包括石墨和硬碳，所述外壳包括石墨烯、锂化合物和无定形碳；所述内核和所述外壳的质量比为80～95：5～20。
[0007]在一个实施例中，所述外壳中，所述石墨烯、所述锂化合物和所述无定形碳的质量比为1～5：1～5：90～98。
[0008]在一个实施例中，所述内核中，所述石墨和所述硬碳的质量比为70～90：10～30。
[0009]一种上述的石墨复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]将焦类原材料、糖类化合物、交联剂和活化剂混合均匀后，在200℃～300℃下预碳化1h～3h，接着添加有机催化剂并混合均匀后进行压块，接着在2800℃～3200℃下石墨化6h～24h，粉碎到粒度为5μm～30μm，得到石墨半成品材料，其中，所述焦类原材料、所述糖类化合物、所述交联剂、所述活化剂和所述有机催化剂的质量比为100：10～50：1～10：0.5～2：0.5～2，所述石墨半成品材料包括石墨和硬碳；
[0011]将所述石墨半成品材料和氧化石墨烯溶液混匀，加入有机锂盐溶液后再次混匀并干燥，接着在700～1200℃下碳化1h～6h，得到所需要的石墨复合材料，其中，所述石墨半成品材料、所述氧化石墨烯溶液和所述有机锂盐溶液的质量比为100：100～500：100～500，所述氧化石墨烯溶液的浓度为1wt％～5wt％，所述有机锂盐溶液的浓度为1wt％～5wt％，所述石墨复合材料包括内核以及包覆在所述内核外的外壳，所述内核为所述石墨半成品材料，所述外壳包括石墨烯、锂化合物和无定形碳，所述内核和所述外壳的质量比为80～95：5
～20。
[0012]在一个实施例中，所述焦类原材料为针状焦、石油焦和煤沥青焦中的一种；
[0013]所述糖类化合物为葡萄糖、蔗糖、半乳糖、蔗糖、麦芽糖和乳糖中的一种；
[0014]所述交联剂为三聚甲醛、苯甲醛、间羟基苯甲醛、3
‑
羟基苯甲醛、4
‑
羟基苯甲醛、3
‑
氨基苯甲醛和间氨基苯甲醛中的一种；
[0015]所述活化剂为5
‑
吡咯烷酮
‑2‑
羧酸钠、2
‑
磷酰
‑
1,2,4
‑
丁烷三羧酸钠盐和聚羧酸钠盐中的一种；
[0016]所述有机催化剂为环戊二烯基二羰基铁、乙酸镍、氨基磺酸镍、乙酸钴和草酸钴中的一种。
[0017]在一个实施例中，还包括在所述将焦类原材料、糖类化合物、交联剂和活化剂混合均匀的操作之前，进行如下操作：将所述焦类原材料粉碎到粒径为100μm～1000μm。
[0018]在一个实施例中，所述添加有机催化剂并混合均匀后进行压块的操作中，所述压块的压力为10Mpa～30Mpa。
[0019]在一个实施例中，所述有机锂盐溶液的溶质为苯甲酸锂、草酸锂、乙二酸锂、乙酸锂、蚁酸锂和甲酸锂中的一种；
[0020]所述有机锂盐溶液的溶剂为碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸亚戊酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ
‑
丁内酯和甲酸乙酯中的一种。
[0021]在一个实施例中，将所述石墨半成品材料和氧化石墨烯溶液混匀后干燥，得到半成品，接着将半成品和有机锂盐溶液混匀后再次干燥的操作中，所述干燥为喷雾干燥。
[0022]上述的石墨复合材料在二次电池负极材料领域的应用。
[0023]这种石墨复合材料包括内核以及包覆在所述内核外的外壳，所述内核包括石墨和硬碳，所述外壳包括石墨烯、锂化合物和无定形碳，石墨烯和无定形碳提高了石墨复合材料的保液性能，离子导电率高的锂化合物配合电子导电率高的石墨烯和无定形碳，可以发挥协同效应，提升石墨复合材料的功率性能和循环性能，锂化合物还降低了石墨复合材料的不可逆容量，从而提升了石墨复合材料的首次效率。
[0024]结合测试例2的数据可以看出，本专利技术这种石墨复合材料的首次放电比容量及其首次效率优于对比例1～2。
[0025]这种石墨复合材料的制备方法中，将各向异性高的焦类原材料和各向同性高的糖类化合物混合，并通过交联剂进行交联提升各向同性，并通过活化剂进行活化，从而使得制备的石墨复合材料内部引入了大量的孔隙结构，提升充放电过程中锂离子的嵌脱通道及其快充性能。
[0026]同时采用压块石墨化的方法，提升了制备的石墨复合材料的内部结构的分布均匀性及其加速反应进程。
[0027]此外，外壳采用有机锂盐包覆，有机锂盐碳化后得到多孔的无定形碳和锂化合物，提升了制备的石墨复合材料保液性能和循环性能。
附图说明
[0028]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。
[0029]其中：
[0030]图1为一实施方式的石墨复合材料的制备方法的流程图。
[0031]图2为实施例1制得的石墨复合材料的SEM图。
具体实施方式
[0032]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。
[0033]本专利技术公开了一实施方式的石墨复合材料，包括内核以及包覆在内核外的外壳，内核包括石墨和硬碳，外壳包括石墨烯、锂化合物和无定形碳。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨复合材料，其特征在于，包括内核以及包覆在所述内核外的外壳，所述内核包括石墨和硬碳，所述外壳包括石墨烯、锂化合物和无定形碳；所述内核和所述外壳的质量比为80～95：5～20。2.根据权利要求1所述的石墨复合材料，其特征在于，所述外壳中，所述石墨烯、所述锂化合物和所述无定形碳的质量比为1～5：1～5：90～98。3.根据权利要求1所述的石墨复合材料，其特征在于，所述内核中，所述石墨和所述硬碳的质量比为70～90：10～30。4.一种如权利要求1～3中任意一项所述的石墨复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将焦类原材料、糖类化合物、交联剂和活化剂混合均匀后，在200℃～300℃下预碳化1h～3h，接着添加有机催化剂并混合均匀后进行压块，接着在2800℃～3200℃下石墨化6h～24h，粉碎到粒度为5μm～30μm，得到石墨半成品材料，其中，所述焦类原材料、所述糖类化合物、所述交联剂、所述活化剂和所述有机催化剂的质量比为100：10～50：1～10：0.5～2：0.5～2，所述石墨半成品材料包括石墨和硬碳；将所述石墨半成品材料和氧化石墨烯溶液混匀，加入有机锂盐溶液后再次混匀并干燥，接着在700～1200℃下碳化1h～6h，得到所需要的石墨复合材料，其中，所述石墨半成品材料、所述氧化石墨烯溶液和所述有机锂盐溶液的质量比为100：100～500：100～500，所述氧化石墨烯溶液的浓度为1wt％～5wt％，所述有机锂盐溶液的浓度为1wt％～5wt％，所述石墨复合材料包括内核以及包覆在所述内核外的外壳，所述内核为所述石墨半成品材料，所述外壳包括石墨烯、锂化合物和无定形碳，所述内核和所述外壳的质量比为80～95：5～20。5.根据权利要求4所述的石墨复合材料的制备方法，其特征在于，所述焦类原材料为针状焦、石油焦和煤沥青...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁金，梁慧宇，
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：