[發明專利]一種摻雜碳納米材料的石墨電極復合材料

在審

• 申請號: 202011054690.0
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112151783A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 王浩蘭
• 申請（專利權）人: 河南英能新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M10/0525;H01G11/32;H01G11/36
• 代理公司: 鄭州裕晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 41142
• 代理人: 王瑞

本發明屬于鋰電池技術領域，具體涉及一種摻雜碳納米材料的石墨電極復合材料，所述復合材料包括石墨、碳納米角、碳納米管和石墨烯納米片，石墨構成所述復合材料的主體，碳納米角、碳納米管和石墨烯納米片填充到石墨構成的主體的材料間隙中搭建成三維橋聯結構；本發明的石墨烯、碳納米管和碳納米角共同填充在石墨顆粒的間隙中，同時起到提升復合材料的導電性、離子導電率及熱導率的作用，由于增加了導熱率從而實現電池安全性的提升，增加了導電率實現了快充，而離子導電率的提高提升了能量密度，可以減小負極材料因充放電循環導致的結構坍塌，從而提升電池的循環壽命、提高了電池的使用壽命。

技術領域

本發明屬于鋰電池技術領域，具體涉及一種摻雜碳納米材料的石墨電極復合材料。

背景技術

鋰離子電池由于具有比能量高、應用溫度范圍寬、自放電率低、循環壽命長、環境友好等優勢，具有廣泛的應用范圍。傳統的鋰離子電池的負極材料是石墨，然而由于其較低的理論比容量以及有限的倍率性能大大限制了其實際應用。

以石墨烯為代表的碳基材料由于具有較大的空間結構和優良的光電性能已成功應用于二次電池材料電極，在一定程度上提高了二次電池材料的各種性能。目前影響電池或超級電容性能的主要因素有電導率、離子導電率和導熱率，目前石墨烯在電池中的主要作用是提高電極的導熱/散熱特性，并不是電池正負極的活性材料，這是由于石墨烯的片狀結構抑制鋰離子的擴散，容易造成電池極化嚴重，會導致石墨烯的振實和壓實密度都非常低，因此如何利用石墨烯以及其他材料來提高電池或超級電容的性能仍然是目前電池領域探究的方向。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足而提供一種能量密度高的摻雜碳納米材料的石墨電極復合材料。

本發明的技術方案如下：

一種摻雜碳納米材料的石墨電極復合材料，所述復合材料包括石墨、碳納米角、碳納米管和石墨烯納米片，石墨構成所述復合材料的主體，碳納米角、碳納米管和石墨烯納米片填充到石墨構成的主體的材料間隙中搭建成三維橋聯結構。

進一步的，所述石墨烯納米片采用尺寸0.5-5μm、厚度0.7-0.9nm的還原氧化石墨烯納米片，所述碳納米管采用長度0.5-2μm的羧基化碳納米管，碳納米角多以碳納米角聚集體的形式存在，所述碳納米角聚集體的粒徑為30-80nm。

進一步的，所述石墨烯納米片、碳納米管、碳納米角和石墨的重量比為0.3∶0.3∶0.3∶96-2∶2∶2∶88。

進一步的，所述石墨烯納米片為純石墨烯、氧化石墨烯或還原氧化石墨烯。

進一步的，所述碳納米管選自單壁碳納米管、雙壁碳納米管、多壁碳納米管中的一種或多種，所述碳納米管經過酸處理、氧化處理或表面活性劑處理。

進一步的，所述石墨構成的主體的材料間隙中還負載有亞氧化鈦。

進一步的，所述石墨烯納米片、碳納米管、碳納米角、亞氧化鈦和石墨的重量比為0.3∶0.3∶0.3∶0.3∶95-2∶2∶2∶2：86

進一步的，所述摻雜碳納米材料的石墨電極復合材料作為鋰電池負極材料或超級電容電極片，在用作超級電容電極片時，可以用活性炭替代石墨從而降低成本。

進一步的，所述復合材料是將石墨、碳納米角、碳納米管、石墨烯納米片、導電劑和粘結劑在粉末狀態下混勻后，在溫度為20-50℃的條件下經高速球磨制得，其中，球磨轉速為500-1500轉/分鐘。

一種摻雜碳納米材料的石墨電極復合材料的制備工藝，包括如下步驟：

步驟一：按照0.3∶0.3∶0.3∶96∶1.5∶1.5-2∶2∶2∶88∶3∶3的比例稱取石墨烯納米片、碳納米管、碳納米角、石墨、導電劑和粘接劑；