[發(fā)明專利]一種快充石墨復合材料及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210108862.0
• 申請日: 2022-01-29
• 公開（公告）號: CN114497507A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁慧宇
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧中宏能源新材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳壹舟知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44331
• 代理人: 歐志明

本發(fā)明公開了一種快充石墨復合材料及其制備方法，快充石墨復合材料，所述復合材料呈現(xiàn)核殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)核是包括粒徑為0.5～2μm的石墨和固體電解質(zhì)粉末的復合體；外殼包括無機鋰鹽，其中外殼的質(zhì)量比為1wt％～10wt％。本發(fā)明通過在快充石墨復合材料的內(nèi)核摻雜離子導電率高的固體電解質(zhì)，并在表面包覆石蠟及其偶聯(lián)劑，提升了快充石墨復合材料的活化點提升離子傳輸速率，最后通過原子氣相沉積法，在快充石墨復合材料的外層沉積致密度高、鋰離子導電率強的鉬酸鋰，提升了快充石墨復合材料的功率及其循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種快充石墨復合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著鋰離子電池對能量密度及其快充性能要求的提高，要求鋰離子電池負極材料在具有高能量密度的同時，材料的快充性能也要得到提升。目前市場化的負極材料主要以人造石墨為主，實際比容量為355mAh/g左右，充電倍率≤5C，無法滿足下一代高能量密度快充電池的需求。為提升石墨材料的能量密度及其快充性能，一般是通過選取缺陷度小、石墨化度高及其骨料粒徑小的針狀焦原材料。但是由于材料表面包覆的為軟碳/硬碳，軟碳/硬碳自身具有比容量低(300mAh/g)，首次效率低(80-85％)，包覆量為2-3％，會降低整體石墨復合材料的能量密度。為提升石墨材料的能量密度及其快充性能，需要從包覆層材料及其包覆方式進行優(yōu)化提升。

原子氣相沉積法是一種新的沉積方式，具有精確控制材料的沉積量，致密度高，并根據(jù)要求沉積導電率不同的氧化物、鋰化物及其導電劑等物質(zhì)，能夠以最小的沉積量達到最好的快充性能，并能夠提高其材料的循環(huán)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種快充石墨復合材料及其制備方法，能夠提升石墨材料的能量密度及其功率性能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種快充石墨復合材料，所述復合材料呈現(xiàn)核殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)核是包括粒徑為0.5～2μm的石墨和固體電解質(zhì)粉末的復合體；外殼包括無機鋰鹽，其中外殼的質(zhì)量比為1wt％～10wt％。

進一步地，所述石墨包括石油焦粉和瀝青碳化后形成的石墨半成品及其無定形碳。

進一步地，所述石油焦粉、固體電解質(zhì)、瀝青的質(zhì)量比為100：1～10：1～10。

進一步地，所述固體電解質(zhì)為Li7-xLaxZr2-xAxO12、Li1+yAlyGe2-y(PO4)3、Li3–2zBzMO、LiZrO2中的一種，其中，A選自Ta、Nb、Al、Ga、Mg、Ca、Sr、Ba中的任意一種，B選自Mg、Ca、Sr、Ba中的一種，M為Cl或I；0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1。

進一步地，所述復合體還包括添加劑，所述添加劑為石蠟和/或硬脂酸，所述添加劑與所述石油焦粉、固體電解質(zhì)、瀝青的質(zhì)量之和比為1～5：100。

進一步地，所述復合體還包括硅烷偶聯(lián)劑，所述硅烷偶聯(lián)劑與所述石墨、石油焦粉、固體電解質(zhì)、瀝青的質(zhì)量之和比為1～5：100。

進一步地，所述硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-氨丙基三甲氧基硅烷，γ－二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷，N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷，γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一種或多種。

一種快充石墨復合材料的制備方法，包括如下步驟：

按照質(zhì)量比100：1～10：1～10稱取粒徑為0.5～2μm的石油焦粉、固體電解質(zhì)、瀝青并研磨，之后通入氧化性混合氣體，并升溫到800～1200℃保溫1～6h，粉碎得到石墨前驅(qū)體復合材料A；

將添加劑加入步驟S1中所述的石墨前驅(qū)體復合材料A，分散均勻后，添加硅烷偶聯(lián)劑，再次分散均勻，噴霧干燥得到石墨前驅(qū)體復合材料B；其中所述石墨前驅(qū)體復合材料A、添加劑、硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為100：1～5：1～5；