[发明专利]一种膨胀石墨基碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种膨胀石墨基碳复合材料及其制备方法和应用，属于膨胀石墨领域。本发明所述膨胀石墨基碳复合材料包括膨胀石墨基体、定型碳材料及造孔碳材料，所述定型碳材料优选碳收率较高的前驱体作为碳源，所述造孔碳材料优选碳收率较低的前驱体作为碳源。本发明提供的膨胀石墨基碳复合材料通过二次碳化获得。其中，第一次碳化定型，提高膨胀石墨的稳定性；第二次碳化造孔，在保证复合材料振实密度不降低的前提下使得复合材料获得大量微孔。通过本发明制备方法得到的膨胀石墨基碳复合材料既具有优异的结构稳定性、导电性和振实密度，又能保留丰富的活性位点和快速的离子传输通道，可广泛用于半导体材料、催化、电化学储能等领域。

技术领域

本发明涉及膨胀石墨领域，尤其涉及一种膨胀石墨基碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

膨胀石墨具有丰富的孔隙结构、较大的比表面积及良好的导电/热性能，并且拥有丰富的活性位点和快速传输离子的通道，已广泛应用于半导体材料、催化、吸波、电化学储能等技术领域的研究。但是膨胀石墨已膨开的层间并无作用力，导致结构易破坏，造成孔隙结构的消失以及特殊性能的衰退。

目前，膨胀石墨一般不会单独应用，而是与其它材料复合得到膨胀石墨基碳复合材料。虽然复合后能提高膨胀石墨结构的稳定性，但是由于复合方式的局限性，导致制得的复合材料并没有继承膨胀石墨的优势，尤其是丰富的孔隙结构，造成复合材料丧失大量的活性位点和快速传输离子的通道。因此，发展一种既能提高膨胀石墨结构稳定性，又能保留丰富的活性位点和快速传输离子的通道的方法成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种膨胀石墨基碳复合材料及其制备方法和应用，旨在解决现有的膨胀石墨复合得到的膨胀石墨材料无法兼顾稳定性与膨胀石墨自身的优势，尤其是丰富的孔隙结构，容易造成复合材料丧失大量的活性位点和快速传输离子通道的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种膨胀石墨基碳复合材料。

此外，为实现上述目的，本发明提供一种如上所述膨胀石墨基碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S10，将膨胀石墨与高碳收率碳源进行混合，并升温使所述膨胀石墨浸渍于所述高碳收率碳源中，得到碳源/膨胀石墨复合前驱体；

S20，将所述碳源/膨胀石墨复合前驱体进行第一碳化获得一次碳化复合材料；

S30，将所述一次碳化复合材料与低碳收率碳源混合，进行第二次碳化，得到膨胀石墨基碳复合材料。

可选地，所述膨胀石墨与高碳收率的碳源的重量比的范围值为(1:1)至(1:200)。

可选地，所述一次碳化复合材料与所述低碳收率碳源的重量比为(100:1)至(1:100)

可选地，所述高碳收率碳源包括沥青、乙烯焦油、聚丙烯腈、树脂中的至少一种。

进一步选地，所述由沥青、乙烯焦油、聚丙烯腈、树脂中的至少一种构成的高碳收率碳源的浸渍温度为50℃-300℃。

可选地，当所述高碳收率的碳源为沥青，在进行所述第一次碳化前，对所述沥青进行预氧化处理。

可选地，所述膨胀石墨的粒径为1μm-500μm，比表面积为1-200m² g^-1，膨胀倍数为50-400倍。