一种锂离子电池所用快充石墨复合材料及其制备方法与流程

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体来说涉及一种锂离子电池所用快充石墨复合材料，同时还涉及该锂离子电池所用快充石墨复合材料的制备方法。

背景技术：

1、随时市场对高能量密度快充材料需求的增加，要求锂离子电池负极在具有快充性能的提升的同时，兼顾材料的能量密度及高温性能。而目前提升负极材料快充性能的主要措施有:降低骨料粒径、无定形碳包覆、导电剂包覆、快离子体包覆等措施，并降低材料的oi值。但是如果将材料与碳纳米管通过简单的物理混合，存在碳纳米管自身团聚及碳纳米管仅仅包覆在石墨的表面，并未降低石墨材料自身阻抗；同时，由于石墨表面的无定形碳与电解液反应生成sei消耗锂离子，降低了石墨的首次效率。比如中国专利申请号202210474953.6公开了“多孔石墨负极材料及其制备方法、应用与锂离子电池”，其主要是将催化剂和多端面石墨负极材料混合后经热处理、氧化、除去催化剂，所制备的多孔石墨负极材料颗粒大小均匀，孔隙丰富；采用该多孔石墨负极材料制备的锂离子电池，具备倍率性能优异等特性。但是其多孔结构会降低材料的首次效率。中国专利申请号202111331207.3公开了“一种快充石墨复合材料及其制备方法”，其复合材料是由小粒径的石墨和固体电解质研磨组成的复合体，并在其外表面通过原子气相沉积法包覆无机锂盐得到石墨复合材料，通过原子气相沉积法包覆无机锂盐。虽然其首次效率得到提升，但是内核小粒径的石墨和固体电解质之间的接触较差，电子阻抗较大，不利于大倍率充放电。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种能提升石墨材料的快充性能和动力学性能的锂离子电池所用快充石墨复合材料。

2、本发明的另一目的在于提供该锂离子电池所用快充石墨复合材料的制备方法。

3、本发明的一种锂离子电池所用快充石墨复合材料，其呈现核壳结构，内核是石墨及其碳纳米管，外壳是多孔快离子导体复合材料，按照复合材料的质量比100%计算，外壳的质量占比为1-10%。

4、上述的锂离子电池所用快充石墨复合材料，其中：所述内核是由1-5%碳纳米管，1-5%无定形碳，其它为石墨材料组成。

5、本发明的一种锂离子电池所用快充石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：

6、步骤s1：制备出多孔石墨，按多孔石墨：催化剂固体质量比=100：0.5-2，将多孔石墨添加到0.5-10wt%的催化剂溶液中，然后在真空度-0.009-0.1mpa，负压浸泡12-72h，过滤，滤渣在80℃真空干燥24h，采用气相沉积法，在温度为700-1100℃通入碳源气体，保温1-6h，在氩气气氛下降温到室温，得到碳纳米管包覆石墨材料；

7、步骤s2：将碳纳米管包覆石墨材料转移到真空腔中，快离子导体作为靶材，真空腔抽真空并保持0.1torr压力，升温至300℃并使快离子导体和氧源按通入到反应舱室内进行循环沉积，循环沉积设定的程序为:通入快离子导体0.5秒，氮气吹扫60秒，通入氧源5秒，氮气吹扫5秒，通入水0.03秒，氮气吹扫50秒，从通入快离子导体材料0.5秒开始循环10-100周，在温度为800-1100℃碳化1-6h，即得。

8、所述步骤s1中多孔石墨制备方法为：按照质量比石墨：金属和/或包含金属元素的化合物=100:1-10，将石墨表面均匀负载金属和/或包含金属元素的化合物，形成复合物；将所述复合物于含氧气氛中800℃热处理3h，形成多孔石墨材料，所述的金属和/或包含金属元素的化合物为镍、钴、铁及其碳酸盐中的一种。

9、所述步骤s1中的碳源气体为甲烷、乙烷、乙炔、乙烯，或天然气中的一种。

10、步骤s2中的快离子导体为磷酸锆锂、磷酸铈锂、硫化锆锂或硫化铈锂中的一种。

11、本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知：首先将多孔石墨采用气相沉积法制得碳纳米管包覆石墨材料，然后通过原子气相沉积法，在碳纳米管包覆石墨材料沉积快离子导体，提升材料的电子和离子导电性。通过将多孔石墨浸泡在催化剂溶液中，干燥后在石墨表面附着催化剂，并以此为基体生长碳纳米管，使其碳纳米管通过化学键与石墨相连，具有阻抗低并束缚材料充放电过程中的膨胀，并通过掺杂碳纳米管提升材料的电子导电率；外壳中沉积的快离子导体，依靠快离子导体自身的锂离子导电率高的特性，为充放电过程中提供充足的锂离子，提升倍率和循环性能。本发明通过在石墨内核生长碳纳米管提升电子导电率，外壳包覆快离子导体提升离子导电率，并发挥其两者之间的协同作用，提升快充性能。同时，外层多孔快离子导体具有高的比表面积，提升本发明能提升石墨材料动力学性能。

技术特征：

1.一种锂离子电池所用快充石墨复合材料，其呈现核壳结构，内核是石墨及其碳纳米管，外壳是多孔快离子导体复合材料，按照复合材料的质量比100%计算，外壳的质量占比为1-10%。

2.如权利要求1所述的锂离子电池所用快充石墨复合材料，其中：所述内核是由1-5%碳纳米管，1-5%无定形碳，其它为石墨材料组成。

3.一种锂离子电池所用快充石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的一种锂离子电池所用快充石墨复合材料的制备方法，其中：所述步骤s1中多孔石墨制备方法为：按照质量比石墨：金属和/或包含金属元素的化合物=100:1-10，将石墨表面均匀负载金属和/或包含金属元素的化合物，形成复合物；将所述复合物于含氧气氛中800℃热处理3h，形成多孔石墨材料，所述的金属和/或包含金属元素的化合物为镍、钴、铁及其碳酸盐中的一种。

5.如权利要求3所述的一种锂离子电池所用快充石墨复合材料的制备方法，其中：所述步骤s1中的碳源气体为甲烷、乙烷、乙炔、乙烯，或天然气中的一种。

6.如权利要求3所述的一种锂离子电池所用快充石墨复合材料的制备方法，其中：步骤s2中的快离子导体为磷酸锆锂、磷酸铈锂、硫化锆锂或硫化铈锂中的一种。

技术总结
本发明公布了一种锂离子电池所用快充石墨复合材料及其制备方法，其呈现核壳结构，内核是石墨及其碳纳米管，外壳是多孔快离子导体复合材料，按照复合材料的质量比100%计算，外壳的质量占比为1‑10%。其制备方法为：制备出多孔石墨，并通过负压浸泡法在其孔隙中填充催化剂溶液，过滤，干燥，采用气相沉积法在其表面生长碳纳米管，之后通过原子气相沉积法在其表面沉积多孔快离子导体复合材料，碳化，即得。本发明能提升石墨材料的快充性能和动力学性能。

技术研发人员：杜辉玉
受保护的技术使用者：晖阳（贵州）新能源材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12