【技术实现步骤摘要】
本申请属于二次电池，尤其涉及一种复合碳纤维、复合富锂材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、电池例如锂离子二次电池在首次充放电过程中，电池负极的表面会产生大量的固体电解质界面膜(sei膜)，消耗大量的活性锂，造成不可逆容量损失，导致锂离子二次电池的首周库伦效率降低，直接影响锂离子二次电池的循环寿命和能量密度。目前，补充活性锂是解决这一问题的有效手段，补锂技术的应用不仅提高了锂离子电池的容量，还可以提升含硅负极电池的循环寿命。目前已报道的补充活性锂的途径很多，主要是负极补锂和正极补锂两大类。
2、考虑到实际操作的安全性以及与现有电池生产工艺的适配性，正极补锂更具备工业应用前景。正极补锂是向锂离子电池的正极中添加具有高不可逆容量的含锂化合物，因为其相对较为稳定、易于合成、价格低廉及具有较高补锂能力等优点，逐渐受到了人们的关注。
3、目前，含锂化合物主要以三元富锂化合物和二元富锂化合物为主。然而，含锂化合物自身导电率较低，导电性差会影响含锂化合物的锂离子传输能力和补锂效率，补锂容量得不到充分的释放。为了改善含锂化合物的导电性，通常采用碳材料对其进行改性，如碳纤维、碳纳米管、石墨烯、无定形碳等。碳纤维因具有强度高、耐腐蚀、耐高温等优势，在众多碳材料中脱颖而出。然而，碳纤维材料的韧性较低、抗压能力差，无法承受复杂的力学应力，很容易破坏，对于一些需要承受应力的应用来说，可能会产生一定的风险。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种复合碳纤维、复合富锂材料及其制备方法
2、本申请的另一目的在于提供一种正极极片及含有该正极极片的二次电池，旨在解决现有电池的容量和循环寿命不理想的问题。
3、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
4、第一方面，本申请提供一种复合碳纤维，包括：
5、碳纤维，具有中空管道结构；及，
6、金属催化剂颗粒，分散于碳纤维的中空管道结构中。
7、第二方面，本申请提供一种复合碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
8、提供溶剂、分散剂、金属催化剂颗粒前驱体和碳纤维原料前驱体；
9、将溶剂、分散剂和金属催化剂颗粒前驱体混合，去溶剂处理，得到第一混合物料；
10、然后采用气相沉积法将碳纤维原料前驱体沉积在第一混合物料表面，利用金属催化剂颗粒前驱体形成的金属催化剂颗粒催化作用生长复合碳纤维，得到本申请复合碳纤维。
11、第三方面，本申请提供一种复合富锂材料，包括：
12、富锂颗粒；及，
13、复合碳纤维，包括本申请第一方面提供的复合碳纤维，该复合碳纤维分布于富锂颗粒的周围。
14、第四方面，本申请提供一种复合富锂材料的制备方法，包括以下步骤：
15、提供富锂颗粒、溶剂、分散剂、金属催化剂颗粒前驱体和碳纤维原料前驱体；
16、将富锂颗粒、溶剂、分散剂和金属催化剂颗粒前驱体混合，去溶剂处理，得到第二混合物料；
17、然后采用气相沉积法将碳纤维原料前驱体沉积在第二混合物料表面，利用金属催化剂颗粒前驱体形成的金属催化剂颗粒催化作用在富锂颗粒外表层生长复合碳纤维，使得复合碳纤维分布于富锂颗粒周围，得到本申请复合富锂材料。
18、第五方面，本申请提供一种正极极片，包括正极集流体和结合于正极集流体至少一表面上的正极活性层，该正极活性层包括本申请复合富锂材料和/或本申请复合富锂材料的制备方法制得的复合富锂材料。
19、第六方面，本申请提供一种二次电池，包括本申请正极极片。
20、本申请第一方面提供的复合碳纤维，包括碳纤维和金属催化剂颗粒，一方面，碳纤维具有中空管道结构，可以提供足够的容纳空间用于容置金属催化剂颗粒，使得金属催化剂颗粒固定在碳纤维中，不容易发生脱落；另一方面，还能通过金属催化剂颗粒对中空管道结构进行支撑，使得碳纤维不容易发生自外向内的结构坍塌；再一方面，通过金属催化剂颗粒催化碳纤维生长为中空管道结构，能够可以提高碳纤维的弹性和韧性，使得复合碳纤维受到外力挤压时不容易发生结构坍塌，由此，对提高复合碳纤维的导电性、结构稳定性及韧性起到加成的改善效果。
21、本申请第二方面提供的复合碳纤维的制备方法，将分散剂和金属催化剂颗粒前驱体混合均匀，在气相沉积过程中，分散剂逐渐气化裂解，金属催化剂颗粒前驱体分解得到用于催化碳纤维生长的金属催化剂颗粒，且该金属催化剂颗粒逐渐细化并分布在碳纤维的中空管道结构中，获得复合碳纤维。
22、本申请第三方面提供的复合富锂材料，通过将复合碳纤维分布在富锂颗粒周围，一方面，包含有碳纤维和金属催化剂颗粒的复合碳纤维具有强的导电能力，进一步提升了复合富锂材料的导电率，由此，可增强富锂颗粒向外传输锂离子的能力，另一方面，复合碳纤维还具有较高的弹性、韧性和稳定性，可在提高复合富锂材料稳定性和韧性的同时，有效缓解复合富锂材料在充放电过程中材料晶体各向异性的膨胀收缩，进一步减少富锂颗粒产生裂纹，从而使得复合富锂材料具有较高的结构稳定性。
23、本申请第四方面提供的复合富锂材料的制备方法，首先将富锂颗粒、分散剂和金属催化剂颗粒前驱体混合均匀，再通过气相沉积法在富锂颗粒的外表层生长碳纤维；由于富锂颗粒、金属催化剂颗粒混合均匀，此时，富锂颗粒外表层的任意位置均可作为碳纤维的生长的位点，加之金属催化剂颗粒前驱体在该过程中形成用于催化碳纤维生长的金属催化剂颗粒，进而获得分布于富锂颗粒周围的复合碳纤维，有效制备出具有如上述本申请复合富锂材料所具有的性能。另外，本申请复合富锂材料的制备方法能够保证制备的复合富锂材料结构和电化学性能稳定，而且效率高，节约生产成本。
24、本申请第五方面提供的正极极片，由于包含有本申请复合富锂材料，且该复合富锂材料具有较高的导电性和结构稳定性，使得该正极极片具有较高的容量和循环稳定性。
25、本申请第六方面提供的二次电池，由于含有本申请正极极片，基于此，本申请二次电池具有高能量密度和循环性能，而且安全性高。
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1.一种复合碳纤维，其特征在于：包括：
2.如权利要求1所述的复合碳纤维，其特征在于，所述金属催化剂颗粒包含过渡金属单质、过渡金属硫化物、过渡金属碳化物、过渡金属氧化物中的一种或多种；和/或
3.如权利要求1所述的复合碳纤维，其特征在于，所述金属催化剂颗粒包括过渡金属纳米颗粒；和/或
4.如权利要求1～3任一项所述的复合碳纤维，其特征在于，所述碳纤维的外径为10nm～150nm，长度为5μm～20μm，比表面积为1m2/g～300m2/g；和/或
5.一种复合碳纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.一种复合富锂材料，其特征在于，包括：
7.如权利要求6所述的复合富锂材料，其特征在于，所述复合碳纤维原位生长于所述富锂颗粒的外表层。
8.如权利要求7所述的复合富锂材料，其特征在于，所述复合碳纤维一端结合于所述富锂颗粒的外表层，另一端自所述富锂颗粒的外表层向外延伸。
9.如权利要求6所述的复合富锂材料，其特征在于，所述复合富锂材料包括多根所述复合碳纤维，多根所述复合碳纤维交织形成导
10.如权利要求6～9任一项所述的复合富锂材料，其特征在于，所述富锂颗粒与所述复合碳纤维的质量比为100:1～100；和/或
11.一种复合富锂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
12.一种正极极片，包括正极集流体和结合于所述正极集流体至少一表面上的正极活性层，其特征在于，所述正极活性层包括如权利要求6～10任一项所述的复合富锂材料和/或如权利要求11所述的复合富锂材料的制备方法制得的复合富锂材料。
13.一种二次电池，其特征在于，包括如权利要求12所述的正极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种复合碳纤维，其特征在于：包括：
2.如权利要求1所述的复合碳纤维，其特征在于，所述金属催化剂颗粒包含过渡金属单质、过渡金属硫化物、过渡金属碳化物、过渡金属氧化物中的一种或多种；和/或
3.如权利要求1所述的复合碳纤维，其特征在于，所述金属催化剂颗粒包括过渡金属纳米颗粒；和/或
4.如权利要求1～3任一项所述的复合碳纤维，其特征在于，所述碳纤维的外径为10nm～150nm，长度为5μm～20μm，比表面积为1m2/g～300m2/g；和/或
5.一种复合碳纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.一种复合富锂材料，其特征在于，包括：
7.如权利要求6所述的复合富锂材料，其特征在于，所述复合碳纤维原位生长于所述富锂颗粒的外表层。
8.如权利要求7所述的复合富锂材料，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：何高雄，万远鑫，裴现一男，孔令涌，王亚雄，华涛，
申请(专利权)人：深圳市德方创域新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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