一种高功率石墨复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高功率石墨复合材料及其制备方法，其制备过程中为，在有机溶剂中添加有机金属化合物得到前驱体溶液，超声分散、水解得到多孔金属有机化合物，之后与石墨在有机溶液中混合均匀、喷雾干燥得到多孔金属氧化物包覆石墨负极材料。其制备出的复合材料，利用多孔金属氧化物导电率高，振实密度大的特性提升材料的功率性能，且多孔结构提升材料的比表面积及其材料的吸液保液能力，提升循环性能；同时，金属氧化物包覆材料与软碳材料相比，具有高的DSC分解温度，从而提升材料的安全性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率石墨复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料制备领域，具体的说是一种高功率石墨复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着市场对锂离子电池快充及其能量密度要求的提高，要求锂离子电池在具有高能量密度的同时，材料的快充及其功率性能也得到提升。目前市场化的石墨材料提升快充性能主要是降低骨料粒径及其提升包覆量降低阻抗提升快充性能；其石墨材料表面的包覆主要采用软碳、硬碳进行包覆，其由于软碳、硬碳与电解液的活性较强，造成其材料的不可逆容量较大，首次效率偏低；而金属氧化物材料以其高的比容量及其较低的阻抗包覆在石墨表面，一方面可以提升材料的比容量，另一方面，低的阻抗可以提升材料的快充性能，但是由于采用纯的金属氧化物材料存在加工问题及其自放电较大，因此需要掺杂改性进行材料包覆提升材料的能量密度及其快充性能。

技术实现思路

[0003]为提升石墨材料的能量密度及其快充性能，本专利技术通过在石墨表面包覆多孔金属氧化物提升材料的能量密度及其功率性能。
[0004]一种高功率石墨复合材料，其特征在于，所述复合材料呈现核壳结构，内核为石墨，外壳为多孔金属氧化物材料，其外壳的质量比为(1～10)wt％；
[0005]所述多孔金属氧化物材料是由(50～80)wt％的多孔金属，(10～40)wt％无定形碳及其(1～10)wt％导电剂组成。
[0006]高功率石墨复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0007](1)多孔金属氧化物的制备：
[0008]按照质量比100：(1～50)称取有机溶剂和有机金属化合物，之后在温度为(60～200)℃溶解，得到金属氧化物前驱体溶液，之后添加石墨烯导电液，搅拌均匀后，转移到反应釜中，并在温度为(200～800)℃搅拌条件下水解，过滤、真空干燥得到多孔金属氧化物材料；
[0009](2)石墨复合材料的制备：
[0010]按照质量比(50～80)：(20～80)：(1～10)称取多孔金属氧化物、沥青及其导电剂在螺带混合机中，并以(50～100)Hz/min的速率混合(30～300)min，得到包覆复合材料A；之后按照质量比100：(1～10)称取人造石墨颗粒与包覆复合材料A投入到融合机中，按(50～100)Hz/min的速度混合(30～300)min，之后将混合物加入高速混合机进行高速改性混料，造粒温度为(500～800)℃，造粒时间为(1～6)h；之后在惰性气体保护下，在煅烧炉中加热进行炭化处理，碳化温度为(800～1200)℃，时间为(6～18)小时，得人造石墨复合材料。
[0011]步骤(1)中有机金属化合物为，二甲基铝烷、乙酰丙酮钛、乙酰丙酮钒、乙酰丙酮铬、乙酰丙酮锰、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钴、乙酰丙酮镍、乙酰丙酮铜、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮
铝、甲醇钛、甲醇镍、甲醇铜、甲醇锡、乙醇钛、乙醇铁、乙醇铜、乙醇铝、乙醇镓、乙醇锆、乙醇铌、异丙醇钛、异丙醇钒、草酸钛、草酸钒、草酸铬、草酸锰、草酸铁、草酸钴、草酸镍、草酸铜中的一种或一种以上；
[0012]步骤(2)中导电剂为碳纳米管、石墨烯、碳纤维、超级炭黑、空心碳球中的一种或一种以上；所述的步骤(1)中有机溶剂为乙二醇、丙三醇、丁二醇、二乙二醇中的一种或一种以上。
[0013]有益效果：
[0014]1)通过在石墨材料表面包覆金属氧化物材料一方面利用多孔结构及其大的比表面积提升材料的动力学性能；另一方面，金属氧化物具有与电解液相对的惰性，充放电过程中消耗的锂离子较少，可以提升材料的首次效率；2)同时发挥其金属氧化物及其无定形碳的协同作用，即一方面利用金属氧化物的低阻抗、高容量、高首次效率的特性；另一方面，利用无定形碳的结构稳定及其循环性能好的特性，提升材料的循环及其存储性能；同时包覆层中含有导电剂形成的网络结构提升材料的结构稳定性及其循环性能。
[0015]说明书附图
[0016]图1为实施例1制备出的石墨复合材料的SEM图；
具体实施方式
[0017]实施例1
[0018](1)称取100ml乙二醇和30g二甲基铝烷，之后在温度为100℃溶解6h，得到金属氧化物前驱体溶液，之后添加100ml，1wt％石墨烯导电液，搅拌均匀后，转移到反应釜中，并在温度为400℃搅拌条件下水解，过滤、80℃真空干燥48h，得到多孔金属氧化物材料；
[0019](2)称取60g多孔金属氧化物、35g沥青及其5g碳纳米管导电剂在螺带混合机中，并以80Hz/min的速率混合180min，得到包覆复合材料A；称取100g人造石墨颗粒与5g包覆复合材料A投入到融合机中，按80Hz/min的速度混合180min，之后将混合物加入高速混合机进行高速改性混料，造粒温度为600℃，造粒时间为3h；之后在氩气惰性气体保护下，在煅烧炉中加热进行炭化处理，碳化温度为1000℃，时间为12小时，得人造石墨复合材料。
[0020]实施例2
[0021](1)称取100ml丙三醇和1g乙酰丙酮钛有机金属化合物，之后在温度为60℃溶解，得到金属氧化物前驱体溶液，之后添加100ml，0.5wt％石墨烯导电液，搅拌均匀后，转移到反应釜中，并在温度为200℃搅拌条件下水解，过滤、真空干燥得到多孔金属氧化物材料
[0022](2)称取50g多孔金属氧化物、40g沥青及其10g超级炭黑导电剂在螺带混合机中，并以50Hz/min的速率混合300min，得到包覆复合材料A；称取100g人造石墨颗粒与1g包覆复合材料A投入到融合机中，按50Hz/min的速度混合300min，之后将混合物加入高速混合机进行高速改性混料，造粒温度为500℃，造粒时间为6h；之后在氩气惰性气体保护下，在煅烧炉中加热进行炭化处理，碳化温度为800℃，时间为18小时，得人造石墨复合材料。
[0023]实施例3
[0024](1)称取100ml丁二醇有机溶剂和50g甲醇钛有机金属化合物，之后在温度为200℃溶解，得到金属氧化物前驱体溶液，之后添加100ml，2wt％石墨烯导电液，搅拌均匀后，转移到反应釜中，并在温度为800℃搅拌条件下水解，过滤、真空干燥得到多孔金属氧化物材料；
[0025](2)称取70g多孔金属氧化物、29g沥青及其1g石墨烯导电剂在螺带混合机中，并以100Hz/min的速率混合30min，得到包覆复合材料A；称取100g人造石墨颗粒与10g包覆复合材料A投入到融合机中，按100Hz/min的速度混合30min，之后将混合物加入高速混合机进行高速改性混料，造粒温度为800℃，造粒时间为1h；之后在氩气惰性气体保护下，在煅烧炉中加热进行炭化处理，碳化温度为1200℃，时间为6小时，得人造石墨复合材料。
[0026]对比例：
[0027]将100g人造石墨与10g沥青混合均匀后，按80Hz/min的速度混合180min，之后将混合物加入高速混合机进行高速改性混料，造粒温度为600℃，造粒时间为3h；之后在氩气惰性气体保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功率石墨复合材料，其特征在于，所述复合材料呈现核壳结构，内核为石墨，外壳为多孔金属氧化物材料，其外壳的质量比为(1～10)wt％。2.根据权利要求1所述的高功率石墨复合材料，其特征在于，所述多孔金属氧化物材料是由(50～80)wt％的多孔金属，(10～40)wt％无定形碳及其(1～10)wt％导电剂组成。3.一种如权利要求1所述的高功率石墨复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按照质量比100：(1～50)称取有机溶剂和有机金属化合物，之后在温度为(60～200)℃溶解，得到金属氧化物前驱体溶液，之后添加石墨烯导电液，搅拌均匀后，转移到反应釜中，并在温度为(200～800)℃搅拌条件下水解，过滤、真空干燥得到多孔金属氧化物材料；(2)按照质量比(50～80)：(20～80)：(1～10)称取多孔金属氧化物、沥青及其导电剂在螺带混合机中，并以(50～100)Hz/min的速率混合(30～300)min，得到包覆复合材料A；之后按照质量比100：(1～10)称取人造石墨颗粒与包覆复合材料A投入到融合机中，按(50～100)Hz/min的速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁运辉，杨德仁，杜宁，庞钧友，田涛，范振洪，
申请(专利权)人：云南中晟新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：