石墨复合材料及其制备方法、负极活性材料、二次电池及用电设备技术

本发明专利技术公开了一种石墨复合材料及其制备方法、负极活性材料、二次电池及用电设备。所述石墨复合材料包括内核与位于所述内核表面的包覆层；其中，所述内核的材料包括石墨，所述包覆层的材料包括氮掺杂的多孔氧化铝

【技术实现步骤摘要】
石墨复合材料及其制备方法、负极活性材料、二次电池及用电设备


[0001]本专利技术涉及二次电池
，尤其涉及一种石墨复合材料及其制备方法、负极活性材料、二次电池及用电设备。

技术介绍

[0002]石墨由于导电性好、结晶度较高、具有良好的层状结构等优点，成为目前锂离子电池中应用比较普遍的碳负极材料。但是锂离子电池在首次充放电过程中，由于在石墨负极侧会形成SEI膜界面，会耗损一定量的活性锂离子，造成石墨负极的首次效率偏低，从而制约了锂离子电池能量密度的进一步提高。
[0003]因此，如何提高石墨材料的首次效率，以进一步提升电池的能量密度，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种石墨复合材料，该石墨复合材料可以提升石墨材料的首次效率，并改善电池的倍率性能。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种石墨复合材料，包括内核与位于所述内核表面的包覆层；其中，所述内核的材料包括石墨，所述包覆层的材料包括氮掺杂的多孔氧化铝
‑
碳复合材料。
[0006]进一步地，所述石墨复合材料中，所述包覆层的质量占比为2～10wt％。
[0007]进一步地，所述石墨包括球形天然石墨、鳞片石墨、人造石墨中的至少一种。
[0008]进一步地，所述包覆层的材料中还掺杂有非金属原子，所述非金属原子包括硫、磷中的至少一种。
[0009]第二方面，本专利技术提供了一种石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]将石墨、羧酸铝盐分散于第一有机溶剂中，得到溶液A；
[0011]将碱性偶联剂分散于第二有机溶剂中，得到溶液B；
[0012]将所述溶液A、所述溶液B、氧化剂和氮源混合后，进行溶剂热反应，得到中间体；
[0013]将所述中间体于保护气氛下进行烧结处理，得到所述石墨复合材料。
[0014]进一步地，所述石墨包括球形天然石墨、鳞片石墨、人造石墨中的至少一种。
[0015]进一步地，所述羧酸铝盐包括柠檬酸铝、硬脂酸铝、二羟基氨基乙酸铝、醋酸铝、丙烯酸铝、油酸铝中的至少一种。
[0016]进一步地，所述第一有机溶剂包括聚乙二醇。
[0017]进一步地，所述羧酸铝盐与所述石墨的质量比为5～15:100。
[0018]进一步地，所述羧酸铝盐与所述第一有机溶剂的质量百分比为0.5wt％～5wt％。
[0019]进一步地，所述碱性偶联剂包括含有氨基官能团的铝基偶联剂。
[0020]进一步地，所述碱性偶联剂包括5
‑
氨基铝
‑3‑
羧酸甲酯、二异丙基二硫代氨基甲酸
铝、二羟基氨基乙酸铝中的至少一种。
[0021]进一步地，所述第二有机溶剂包括环己烷、二甲苯、丙酮中的至少一种。
[0022]进一步地，所述碱性偶联剂与所述第二有机溶剂的质量百分比为1wt％～10wt％。
[0023]进一步地，所述氧化剂包括双氧水。
[0024]进一步地，所述氮源包括尿素、三聚氰胺、吡咯、苯胺中的至少一种。
[0025]进一步地，所述溶液A、所述溶液B、所述氧化剂和所述氮源的质量比为500：50～150：1～10:1～10。
[0026]进一步地，所述溶剂热反应在1～5MPa的压强下进行。
[0027]进一步地，所述溶剂热反应的温度为50～150℃，所述溶剂热反应的时间为30～300min。
[0028]进一步地，所述保护气氛包括氮气、惰性气体中的至少一种。
[0029]进一步地，所述烧结处理的升温速率为1～10℃/min。
[0030]进一步地，所述烧结处理的温度为600～1200℃，所述烧结处理的时间为1～6h。
[0031]进一步地，所述烧结处理时还通入了气体，所述气体包括硫化氢、磷化氢、氨气、二氧化硫、二氧化氮中的至少一种。
[0032]进一步地，所述气体与所述保护气氛的体积比为1～5:10。
[0033]第三方面，本专利技术提供了一种负极活性材料，包括前述的石墨复合材料；或者，所述负极活性材料包括由前述制备方法制备得到的石墨复合材料。
[0034]第四方面，本专利技术提供了一种二次电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，其中，所述负极片中包括前述的负极活性材料。
[0035]第五方面，本专利技术提供了一种用电设备，包括前述的二次电池。
[0036]通过本专利技术中的上述实施例中的一个实施例或多个实施例，至少可以实现如下技术效果：
[0037]1.本专利技术提供的石墨复合材料中，石墨材料的表面包覆氮掺杂的多孔氧化铝
‑
碳复合材料，依靠多孔氧化铝在充放电过程中不消耗锂离子不形成SEI膜，提升了石墨材料的首次效率。
[0038]2.本专利技术提供的石墨复合材料中，包覆层材料中掺杂有氮元素，赋予了包覆层材料更多的活性位点，因此提升了石墨材料的电子导电率，改善了电池的倍率性能。
[0039]3.本专利技术提供的石墨复合材料中，包覆层材料具有多孔结构，使石墨材料具有高的比表面积，提升了材料的吸液保液能力，同时有利于离子的传输。
[0040]4.本专利技术提供的石墨复合材料的制备方法中，采用有机铝盐作为铝源，较无机铝盐反应条件温和，同时包覆的均匀性好，并且有机铝盐碳化后形成多孔结构，有利于提升电池的动力学性能。
附图说明
[0041]下面结合附图，通过对本专利技术的具体实施方式详细描述，将使本专利技术的技术方案及其它有益效果显而易见。
[0042]图1为本专利技术提供的石墨复合材料的扫描电镜图(SEM)。
具体实施方式
[0043]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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0044]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，在不做特别说明的情况下，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0045]如
技术介绍
所述，石墨作为锂离子电池的负极材料时，由于其在首次充放电时会在石墨表面形成SEI膜，消耗掉部分锂离子，造成电池的首次效率偏低，制约了锂离子电池能量密度的进一步提高。
[0046]为了解决这一技术问题，本专利技术通过对石墨材料进行了包覆处理，从而提供了一种首次效率高、且兼顾倍率性能的石墨复合材料。下面对该石墨复合材料的结构和制备方法进行具体的阐述。
[0047]本专利技术提供的石墨复合材料具有核壳结构，包括内核以及包覆于内核表面的包覆层。其中，内核的材料包括石墨，而包覆层的材料包括氮掺杂的多孔氧本文档来自技高网...

【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，包括内核与位于所述内核表面的包覆层；其中，所述内核的材料包括石墨，所述包覆层的材料包括氮掺杂的多孔氧化铝
‑
碳复合材料。2.如权利要求1所述的石墨复合材料，其特征在于，所述石墨复合材料中，所述包覆层的质量占比为2～10wt％；和/或，所述石墨包括球形天然石墨、鳞片石墨、人造石墨中的至少一种；和/或，所述包覆层的材料中还掺杂有非金属原子，所述非金属原子包括硫、磷中的至少一种。3.一种石墨复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将石墨、羧酸铝盐分散于第一有机溶剂中，得到溶液A；将碱性偶联剂分散于第二有机溶剂中，得到溶液B；将所述溶液A、所述溶液B、氧化剂和氮源混合后，进行溶剂热反应，得到中间体；将所述中间体于保护气氛下进行烧结处理，得到所述石墨复合材料。4.如权利要求3所述的石墨复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨包括球形天然石墨、鳞片石墨、人造石墨中的至少一种；和/或，所述羧酸铝盐包括柠檬酸铝、硬脂酸铝、二羟基氨基乙酸铝、醋酸铝、丙烯酸铝、油酸铝中的至少一种；和/或，所述第一有机溶剂包括聚乙二醇；和/或，所述羧酸铝盐与所述石墨的质量比为5～15:100；和/或，所述羧酸铝盐与所述第一有机溶剂的质量百分比为0.5wt％～5wt％。5.如权利要求3所述的石墨复合材料的制备方法，其特征在于，所述碱性偶联剂包括含有氨基官能团的铝基偶联剂；和/或，所述碱性偶联剂包括5
‑
氨基铝
‑3‑
羧酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓锋，刘静，盛杰，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：