[發明專利]復合碳材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810482039.X
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108565438B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 梁朋;梁文斌;衛昶;劉均慶;鄭冬芳;段春婷;潘廣宏
• 申請（專利權）人: 國家能源投資集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M10/0525
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉依云;喬雪微

本發明涉及碳質復合材料領域，公開了一種復合碳材料及其制備方法和應用。該復合碳材料包括石墨結晶相和無定形碳相，由XRD測得的所述石墨結晶相的(002)面的峰強度I₀₀₂與無定形碳相的峰強度I_amor的比值I₀₀₂/I_amor為0.1～40，所述石墨結晶相的含量不小于5重量％。本發明的復合碳材料同時兼具較高的抗壓強度、抗彎強度且具有較高的熱導率，可作為散熱材料使用；另外，所述復合碳材料用作鋰離子電池的負極材料可使鋰離子電池具有優異的電化學性能。

技術領域

本發明涉及碳質復合材料領域，具體涉及一種復合碳材料及其制備方法和應用。

背景技術

石墨基復合材料因性能優異而在多個領域廣泛應用。例如，與金屬材料相比，石墨基復合材料具有較低的密度、較高的導熱率和較低的熱膨脹系數，因此可代替金屬用作計算機、通訊設備、集成電路和電子封裝等領域的散熱材料。石墨基復合材料具有電子電導率高、鋰離子擴散系數大、層狀結構在嵌鋰前后體積變化小、嵌鋰容量高和嵌鋰電位低等特點，因此成為目前主要的鋰離子電池負極材料；此外，石墨基復合材料還因其優異的力學強度可用作制造模具、壓頭等機械部件的材料。

針對石墨基復合材料的不同應用，已經開發出多種制備該材料的方法。

CN106241775A公開了一種石墨材料、其原料組合物、其制備方法及用途。該石墨材料的制備方法包括：將天然鱗片石墨、人造石墨和中間相碳微球以及粘結劑經混捏、擠條、破碎和篩分工藝處理，制得基體石墨粉；將基體石墨粉壓制成球形坯體；將坯體進行碳化和純化。該石墨材料可用作燃料元件外殼層的材料。

CN101708838A公開了一種天然鱗片石墨基高定向石墨材料及其制備方法。該制備方法包括：將天然石墨、粘合劑和溶劑進行混磨，經干燥、熱壓成型，最后經碳化和石墨化制得定向石墨材料。該石墨材料可作為散熱材料。

CN106252596A公開了一種復合軟碳石墨負極材料、其制備方法及鋰離子電池。該制備方法包括：將天然球型石墨和瀝青混合，在預設壓力下加熱浸漬，使瀝青軟化流動填充至天然球型石墨內空隙，冷卻后得到中間產物；將中間產物依次碳化、粉碎和分級。

以上專利文獻公開了多種石墨基復合材料及其制備方法，這些制備方法不僅操作步驟繁多，而且很難實現石墨在基體中的納米級的均勻分散，所制備的石墨基復合材料只能在特定領域使用。

發明內容

針對有技術存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種新的復合碳材料及其制備方法和應用。本發明的發明人在研究中發現，在石墨基復合材料中，通過控制石墨結晶相(002)面的峰強度和無定形碳相的峰強度的比值在一定范圍內，所得到的石墨基復合材具有優異的力學、散熱性能，且作為電鋰離子電池的負極材料能提高電池的電化學性能，基于該發現，提出本發明。

根據本發明的第一方面，本發明提供了一種復合碳材料，該復合碳材料包括石墨結晶相和無定形碳相，其中，由XRD測得的所述石墨結晶相的(002)面的峰強度I₀₀₂與無定形碳相的峰強度I_amor的比值I₀₀₂/I_amor為0.1～40，所述石墨結晶相的含量不小于5重量％。

根據本發明的第二方面，本發明提供了一種制備所述復合碳材料的方法，該方法包括：

1)將基體材料與填料通過多段混合，得到混合物，所述多段混合包括：

①在室溫下混合1～6小時；

②在加熱至高于基體材料軟化溫度10～50℃的過程中混合0.5～3小時；

③在所述高于基體材料軟化溫度10～50℃下恒溫混合2～10小時；

④在降溫至室溫的過程中混合0.5～3小時；