[发明专利]一种快充复合石墨材料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，提出了一种快充复合石墨材料及其制备方法，其复合材料为核壳结构，其中内核为多孔石墨，外壳由包括金属氧化物、碳纳米管及粘接剂的组分制备得到。其复合材料利用多孔石墨表面的羟基、羧基与外壳中组分的基团发生反应提升材料的结构稳定性，同时金属氧化物具有电子导电率高，磷酸碳化后生成多孔结构提升材料的通道及比容量，使得制备的石墨复合材料具有倍率性能佳，比容量高及其循环性能好等特性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体的，涉及一种快充复合石墨材料及其制备方法。

背景技术

目前市场化的快充负极材料主要以石墨材料为主，其主要通过降低材料骨料粒径及其材料的表面包覆降低阻抗，其材料的内核为石墨，外壳包覆材料为软碳或硬碳，包覆量越大，比容量越低，造成在电池材料快充性能提升的同时，材料的首次效率偏低，同时内核石墨为层状结构，大倍率嵌锂路径较长，影响倍率。而金属氧化物材料以其比容量高、导电率高等特性可以作为锂离子电池负极材料，但是其存在极化偏大、循环性能偏差限制了其直接作为负极材料的使用。比如专利CN201911123121.4公开了一种高性能过渡金属氧化物负极材料及电池的组装方法，其主要通过，过渡金属氧化物的制备：碳材料的预处理：过渡金属氧化物/碳材料复合物的制备三大过程，从材料的充放电曲线可以看出，材料的电压平台较高，极化较大，作为负极材料不太合适，需要降低材料阻抗，减少极化，从而降低材料的电压平台并提升材料的比容量。

发明内容

本发明提出一种快充复合石墨材料及其制备方法，提高了材料的导电率、比容量，降低阻抗，提高倍率。

本发明的技术方案如下：

一种快充复合石墨材料，所述石墨材料为核壳结构，其中内核为多孔石墨，外壳包括金属氧化物、碳纳米管及其无定形碳。

进一步地，所述多孔石墨的比表面积为2-10m²/g，粒径为5-15μm，振实密度≤0.9g/cm³，表面的羟基/羧基含量为0.5-5％。

更进一步地，所述多孔石墨的制备方法，包括以下步骤：将尿素、无机碳酸盐溶于水中加热，加入石墨球磨分散，干燥后烧结、粉碎，然后稀盐酸溶解碳酸盐，洗涤、干燥，即得多孔石墨。

更进一步地，所述多孔石墨的制备方法中，尿素、无机碳酸盐、石墨的质量比为(0.5-2)：(1-5)：100。

更进一步地，所述多孔石墨的制备方法中，加热至40-90℃。

更进一步地，所述多孔石墨的制备方法中，烧结在惰性气氛下于300-500℃烧结1-6h。

进一步地，所述外壳占复合石墨材料的质量比为1-10％。

进一步地，所述外壳中金属氧化物、碳纳米管及其无定形碳的总重量占外壳质量的90-99％，其余为含氮物质及杂质。

进一步地，所述金属氧化物、碳纳米管、含氮物质、无定形碳的质量比为：(40-60)：(1-10)：(1-3)：(30-60)。

进一步地，所述金属氧化物选自氧化锡、氧化锰、氧化铁、氧化钴、氧化镍、氧化锆中的一种或多种。

进一步地，所述含氮物质为氮源高温碳化后形成的物质。

更进一步地，所述氮源选自氨水、尿素、苯胺、吡咯、噻吩中的一种或多种。

进一步地，所述无定形碳为粘接剂碳化后形成的物质。

更进一步地，所述粘结剂选自低温沥青、酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂中的一种或多种，其中低温沥青的软化点为50-150℃。

本发明进一步提供上述快充复合石墨材料的制备方法，包括以下步骤：