CN110854371A - 一种碳复合负极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳复合负极材料，包括石墨、碳材料和有机碳源，以及一种碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将石墨、碳材料在水溶溶液中混合，加热搅拌均匀，得到浆料；S2、将步骤S1得到的浆体在加热进行浓缩，得到固相中间体，然后冷却至室温；S3、将步骤S2得到的固体中间体加入有机碳源液相中，搅拌均匀，得到浆料；S4、将步骤S3得到的浆料加热进行固化，得到凝胶相；S5、将步骤S4得到的凝胶相在高温环境中通保护气进行烧结，并进行保温；S6、将步骤S5得到的烧结相进行破碎。本发明的优点在于：高比容量、高循环稳定性能、制备方法简单、生产流程较短、成本较低。

Description

一种碳复合负极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子碳复合负极材料技术领域，具体是指一种碳复合负极材料及其制备方法。
背景技术
随着车用动力锂离子电池市场的快速发展，人们对锂离子电池负极材料的性能要求也提出了更高的标准，高容量、高倍率、长循环寿命的锂离子电池负极材料成为行业发展的方向，传统的商品化锂离子电池主要采用石墨材料作为负极材料。然而，石墨负极材料因其比容量较低(372mAh/g)和锂沉积带来的安全性问题使其不能满足动力型和高容量锂离子电池大功率、高容量要求，因而需要研发高能量密度、高安全性能、长循环寿命的新型锂离子电池负极材料。复合材料作为一种新型材料，因其兼顾了各个材料的优势而引起了人们的关注。但其设计的不合理往往会造成负极结构不可逆性破坏，进而因失去电接触而导致容量快速衰减。因此，研发一种高容量、高倍率、长循环寿命锂离子电池负极材料的制备方法是行业内急待解决的技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对以上问题，提供一种高比容量、高循环稳定性能、制备方法简单、生产流程较短、成本较低的一种碳复合负极材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种碳复合负极材料，包括石墨、碳材料和有机碳源，所述碳材料包括碳纳米管、石墨烯、碳纤维、天然石墨、人造石墨、中间相碳微球和富勒烯中的至少一种，所述有机碳源包括环氧树脂、酚醛树脂、羧甲基纤维素、沥青、乙基甲基碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、丁苯橡胶、聚氯乙烯、聚乙烯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丁二酸乙二醇酯、聚癸二酸乙二醇、聚乙二醇亚胺、聚乙炔、聚对苯、聚苯胺、聚吡咯、聚并苯、聚间苯二胺、聚噬吩、聚对苯撑乙烯、聚噻吩、聚丙烯晴、聚酰亚胺和聚苯硫醚中的至少一种。
本发明还包括一种碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将石墨、碳材料在水溶溶液中混合，加热搅拌均匀，得到浆料；
S2、将步骤S1得到的浆体在加热进行浓缩，得到固相中间体，然后冷却至室温；
S3、将步骤S2得到的固体中间体加入有机碳源液相中，搅拌均匀，得到浆料；
S4、将步骤S3得到的浆料加热进行固化，得到凝胶相；
S5、将步骤S4得到的凝胶相在高温环境中通保护气进行烧结，并进行保温；
S6、将步骤S5得到的烧结相进行破碎。
作为改进，所述S1中的加热温度为35～230℃，搅拌速度为100～2200r/min。
作为改进，所述S2中的加热温度为35～230℃。
作为改进，所述S3中的搅拌速度为100～2200r/min。
作为改进，所述S4中的加热温度为35～230℃。
作为改进，所述S5中的保护气包括氮气、氦气、氖气、氩气、氪气和氙气，所述保护气体流量为0.1～6.5m3/h，所述烧结温度为200～1200℃，所述保温时间为0.5～24h，所述烧结温度的升温速率为1～20℃/min。
作为改进，所述S6中的破碎的粒度为1.5～66.5μm。
本发明的有益效果是：本发明一种碳复合负极材料及其制备方法，具有高比容量，高循环稳定性能，极大改善了单一石墨的电化学性能；颗粒尺寸大小均匀，分散性好，且其制备方法简单，生产流程较短，工艺条件简单易行，成本较低，易于工业化。
附图说明
图1是本发明一种碳复合负极材料及其制备方法的实施例1石墨复合负极材料电镜照片。
图2是本发明一种碳复合负极材料及其制备方法的实施例1石墨复合负极材料高倍扫描电镜照片。
图3是本发明一种碳复合负极材料及其制备方法的实施例1石墨复合负极材料的X-射线衍射图谱。
图4是本发明一种碳复合负极材料及其制备方法的实施例1石墨复合负极材料的充放电循环性能曲线。
具体实施方式
为更好理解本发明内容，将列举实施和附图说明。应理解，此实施例仅用于对本发明的说明，并不限制本发明的范围。在此技术领域内，凡对本发明作出的非本质改动或调整，仍都属于本发明保护范围。
实施例1
将1.09g石墨与8.91g碳纳米管加入去离子水中，在45℃下150r/min搅拌1h，60℃加热浓缩至固相，将固相加入2g液态环氧树脂，450r/min搅拌1h，在95℃固化得凝胶相，将凝胶相通氮气，流量1.2m3/min,升温速度10℃/min到500℃保温8h,降至室温将烧结物破碎至3.5μm。
实施例2
将1.87石墨与8.13g石墨烯加入去离子水中，在60℃下300r/min搅拌1h，120℃加热浓缩至固相，将固相加入1g液态酚醛树脂，600r/min搅拌1h，在100℃固化得凝胶相，将凝胶相通氦气，流量1.6m3/min,升温速度12℃/min到650℃保温10.5h,降至室温将烧结物破碎至9.5μm。
实施例3
将2.75g石墨与4.1g碳纤维加入去离子水中，在75℃下550r/min搅拌1h，95℃加热浓缩至固相，将固相加入2.3g液态羧甲基纤维素，750r/min搅拌1h，在145℃固化得凝胶相，将凝胶相通氖气，流量2.4m3/min,升温速度14℃/min到950℃保温12.5h,降至室温将烧结物破碎至27.5μm。
实施例4
将3.38g石墨、4.1g石墨烯加入去离子水中，在100℃下450r/min搅拌1h，115℃加热浓缩至固相，将固相加入3.5g液态聚乙烯醇，800r/min搅拌1h，在120℃固化得凝胶相，将凝胶相通氩气，流量0.8m3/min,升温速度16℃/min到1050℃保温16.5h,降至室温将烧结物破碎至35.5μm。
实施例5
将3.97g石墨与3.01g中间相碳微球、3.02g碳纳米管加入去离子水中，在140℃下800r/min搅拌1h，130℃加热浓缩至固相，将固相加入2.97g液态聚丙烯腈，900r/min搅拌1h，在155℃固化得凝胶相，将凝胶相通氪气，流量3.2m3/min,升温速度15℃/min到850℃保温16h,降至室温将烧结物破碎至37.5μm。
实施例6
将4.63g石墨与3.06g碳纳米管、2.31g石墨烯加入去离子水中，在160℃下800r/min搅拌1h，205加热浓缩至固相，将固相加入2.81g液态聚偏氟乙烯，1450r/min搅拌1h，在190℃固化得凝胶相，将凝胶相通氙气，流量6m3/min,升温速度20℃/min到1200℃保温20h,降至室温将烧结物破碎至45.5μm。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种碳复合负极材料，包括石墨、碳材料和有机碳源，其特征在于：所述碳材料包括碳纳米管、石墨烯、碳纤维、天然石墨、人造石墨、中间相碳微球和富勒烯中的至少一种，所述有机碳源包括环氧树脂、酚醛树脂、羧甲基纤维素、沥青、乙基甲基碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、丁苯橡胶、聚氯乙烯、聚乙烯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丁二酸乙二醇酯、聚癸二酸乙二醇、聚乙二醇亚胺、聚乙炔、聚对苯、聚苯胺、聚吡咯、聚并苯、聚间苯二胺、聚噬吩、聚对苯撑乙烯、聚噻吩、聚丙烯晴、聚酰亚胺和聚苯硫醚中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将石墨、碳材料在水溶溶液中混合，加热搅拌均匀，得到浆料；
S2、将步骤S1得到的浆体在加热进行浓缩，得到固相中间体，然后冷却至室温；
S3、将步骤S2得到的固体中间体加入有机碳源液相中，搅拌均匀，得到浆料；
S4、将步骤S3得到的浆料加热进行固化，得到凝胶相；
S5、将步骤S4得到的凝胶相在高温环境中通保护气进行烧结，并进行保温；
S6、将步骤S5得到的烧结相进行破碎。
3.根据权利要求2所述的一种碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述S1中的加热温度为35～230℃，搅拌速度为100～2200r/min。
4.根据权利要求2所述的一种碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述S2中的加热温度为35～230℃。
5.根据权利要求2所述的一种碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述S3中的搅拌速度为100～2200r/min。
6.根据权利要求2所述的一种碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述S4中的加热温度为35～230℃。
7.根据权利要求2所述的一种碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述S5中的保护气包括氮气、氦气、氖气、氩气、氪气和氙气，所述保护气体流量为0.1～6.5m3/h，所述烧结温度为200～1200℃，所述保温时间为0.5～24h，所述烧结温度的升温速率为1～20℃/min。
8.根据权利要求2所述的一种碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述S6中的破碎的粒度为1.5～66.5μm。
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