一种功率型人造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功率型人造石墨复合材料及其制备方法，其中所述功率型人造石墨复合材料，呈现核壳结构，包括内核和包覆在所述内核表面的外壳，其中所述内核包括粒径为0.5～2μm的石墨；所述外壳包括钒酸锂补锂剂、导电剂、含硼化合物及其无定形碳。本发明专利技术的功率型人造石墨复合材料利用钒酸锂补锂剂，提供了充足的锂离子，减少了材料表面缺陷，并为充放电过程中提供了充足的锂离子；同时发挥了导电剂与钒酸锂补锂剂之间的协同作用，即导电剂提高了电子导电率和钒酸锂补锂剂的离子导电性，并在颗粒与颗粒之间构建了导电网络，提升了材料的功率及循环性能。的功率及循环性能。的功率及循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种功率型人造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，具体的说是一种功率型人造石墨复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着市场对负极材料能量密度及其快充性能要求的提高，要求锂离子电池所用石墨负极材料在具有高能量密度的同时，材料的快充性能也能得到提高。目前提升高能石墨快充性能的主要思路为选取各向同性高的原材料、高温石墨化、表面改性及其造粒工艺优化。比如，1)造粒优化：碳材料粉碎至一定粒度，通过捏合实现二次颗粒化，最后石墨化得到一种二次颗粒结构的石墨负极材料；这种结构存在的缺陷是很难兼顾容量和快充性能；2)表面改性：碳材料粉碎至一定粒度，通过表面改性，最后碳化得到一种一次颗粒结构的石墨负极材料；这种结构存在的缺陷是没有经过石墨化处理，很难提升容量；3)表面包覆：包覆电子和离子导电率高的材料，比如掺杂N、Β的硬碳材料，但是此种方法对材料的倍率提升幅度有限。上述方法虽然在提升材料功率及其能量密度方面有所改善，但是存在首次效率低，锂离子的扩散速度慢的问题，造成其材料的功率性能偏差。
[0003]补锂剂为一种含有锂离子的化合物，具有比容量高(≥1000mAh/g)、结构稳定的特点，反应后生成的物质对电池性能无害，可以降低材料的表面缺陷，提升材料的功率性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种功率型人造石墨复合材料及其制备方法，能够提升石墨材料的功率性能。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：
[0006]一种功率型人造石墨复合材料，呈现核壳结构，包括内核和包覆在所述内核表面的外壳，其中所述内核包括粒径为0.5～2μm的石墨；所述外壳包括钒酸锂补锂剂、导电剂、含硼化合物及无定形碳。
[0007]进一步地，所述钒酸锂补锂剂为LiVO3、Li3VO4、Li2VO3、LiV3O8、Li4V3O8中的至少一种。
[0008]进一步地，所述含硼化合物为二硼化镁、二硼化钛、二硼化锆、硼化钨中的一种或多种,粒径为50～500nm。
[0009]进一步地，所述导电剂为油系导电剂溶液。
[0010]进一步地，所述油系导电剂溶液为碳纳米管导电液和/或石墨烯导电液，浓度为0.5～5wt％，溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮。
[0011]进一步地，所述钒酸锂补锂剂、导电剂、含硼化合物和无定形碳的质量比为1～5：1～5：0.5～2：100。
[0012]进一步地，所述内核占复合材料的质量比为1～10wt％。
[0013]一种功率型人造石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]配置质量浓度为1～10wt％的树脂有机溶液，之后添加导电剂、补锂剂及含硼化合物，超声分散均匀后，在温度为150～250℃的条件下反应1～6h，过滤、低温冷冻干燥、粉碎得到前驱体复合材料；
[0015]配置质量浓度为1～10wt％的前驱体复合材料溶液，并添加石墨材料，喷雾干燥，在氟气/氩气混合气中、温度为600～1000℃的条件下碳化1～6h，粉碎，得到所述功率型人造石墨复合材料。
[0016]进一步地，所述树脂、导电剂、补锂剂、助剂的质量比为100：1～5：1～5：0.5～2。
[0017]进一步地，所述前驱体复合材料与石墨的质量比为1～10：100。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019]1)钒酸锂补锂剂具有能量密度高、电化学结构稳定、膨胀低等优点，包覆在石墨表面一方面在充放电过程中释放出锂离子，降低了石墨材料的不可逆容量提升首次效率；另一方面，材料中释放出的锂离子为循环等过程提供了充足的锂离子，提升了循环等性能；
[0020]2)钒酸锂补锂剂自身电子导电率差，添加石墨烯提升了材料的电子导电性，并包覆在石墨表面，提升了材料的电子和离子导电性，改善了倍率性能，降低了温升；
[0021]3)本专利技术在钒酸锂补锂剂中引入助剂，该助剂能够催化锂的无机盐化合物在较低电位下释放活性锂离子，实现对石墨材料补锂，提升了材料的首次效率。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的实施例1制备出的功率型人造石墨复合材料的SEM图。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术所要解决的技术问题、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。
[0024]实施例1
[0025]一种功率型人造石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026]S1、将100g酚醛树脂添加到2000ml四氯化碳溶液中，配置质量浓度为5wt％的树脂有机溶液；之后添加500ml，1wt％的碳纳米管N
‑
甲基吡咯烷酮溶液、5g LiVO3、1g二硼化镁；超声分散均匀后，转移到高压反应釜中，并在温度为200℃的条件下反应3h，过滤、低温冷冻干燥、粉碎得到前驱体复合材料；
[0027]S2、将5g所述前驱体复合材料添加到100ml四氯化碳中，配置质量浓度为5wt％的前驱体复合材料溶液，并添加100g人造石墨材料，喷雾干燥，之后转移到管式炉中，通入氟气/氩气混合气(体积比为1：1)，并在温度为800℃的条件下碳化3h，粉碎，得到功率型人造石墨复合材料。
[0028]实施例2
[0029]一种功率型人造石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0030]S1、将100g环氧树脂添加到10000mlN
‑
甲基吡咯烷酮中，配置成质量浓度为1wt％的树脂有机溶液，之后添加200ml，0.5wt％石墨烯导电剂溶液、1g Li3VO4、0.5g二硼化钛，超声分散均匀后，转移到高压反应釜中，并在温度为150℃的条件下反应6h，过滤、低温冷冻干
燥、粉碎得到前驱体复合材料；
[0031]S2、将1g前驱体复合材料添加到100mlN
‑
甲基吡咯烷酮中配置成质量浓度为1wt％的前驱体复合材料溶液，并添加100g人造石墨材料，喷雾干燥，之后转移到管式炉中，通入氟气/氩气混合气(体积比，1：1)，并在温度为600℃的条件下碳化6h，粉碎，得到功率型人造石墨复合材料。
[0032]实施例3
[0033]一种功率型人造石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0034]S1、将100g糠醛树脂添加到1000ml环己烷溶液中，配置质量浓度为10wt％的树脂有机溶液，之后添加100ml，5wt％碳纳米管导电剂溶液、5g LiV3O8、2g二硼化锆，超声分散均匀后，转移到高压反应釜中，并在温度为250℃的条件下反应1h，过滤、低温冷冻干燥、粉碎得到前驱体复合材料；
[0035]S2、将10g前驱体复合材料添加到100ml环己烷溶液中，配置成质量浓度为10wt％的前驱体复合材料溶液，并添加100g人造石墨材料，喷雾干燥，之后转移到管式炉中，通入氟气/氩气混合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率型人造石墨复合材料，其特征在于，呈现核壳结构，包括内核和包覆在所述内核表面的外壳，其中所述内核包括粒径为0.5～2μm的石墨；所述外壳包括钒酸锂补锂剂、导电剂、含硼化合物及无定形碳。2.根据权利要求1所述的功率型人造石墨复合材料，其特征在于，所述钒酸锂补锂剂为LiVO3、Li3VO4、Li2VO3、LiV3O8、Li4V3O8中的至少一种。3.根据权利要求1所述的功率型人造石墨复合材料，其特征在于，所述含硼化合物为二硼化镁、二硼化钛、二硼化锆、硼化钨中的一种或多种,粒径为50～500nm。4.根据权利要求1所述的功率型人造石墨复合材料，其特征在于，所述导电剂为油系导电剂溶液。5.根据权利要求4所述的功率型人造石墨复合材料，其特征在于，所述油系导电剂溶液为碳纳米管导电液和/或石墨烯导电液，浓度为0.5～5wt％，溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮。6.根据权利要求1所述的功率型人造石墨复合材料，其特征在于，所述钒酸锂补锂剂、导电剂、含硼化合物和无定形碳的质量比...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁慧宇，
申请(专利权)人：辽宁中宏能源新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：