[发明专利]一种碳复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳复合材料的制备方法。

背景技术

石墨类材料具有较低的放电平台、理论容量高(372mAh.g-1)及充放电效率高，特别是成本低等优点，在电化学活性材料中得到普遍应用。但由于石墨类材料具有高度的晶化和取向度，使其在充电的过程中容易发生溶剂分子随锂离子共插进入石墨层间而引起石墨层的剥落，从而导致锂离子电池的循环性能的降低；及石墨表面碳原子具有大量的不饱和键，在首次充电时电解液会在石墨表面分解形成SEI(solid electrolyte interface)膜，使得首次不可逆容量较大，降低电池的循环效率。现有技术一般通过在其表面包覆一层有机物，然后经过高温碳化得到表面包覆一层碳的核-壳结构的碳复合材料来避免有机溶剂与石墨片层的直接接触，避免溶剂分子与锂离子共插，同时降低石墨的比表面积。

例如现有技术有公开将石墨类材料加入碳包覆前躯体(如聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、酚醛树脂、糠醇树脂、环氧树脂、煤焦油沥青、石油焦等)的溶液中，混匀，其中，所用溶剂一般为苯、甲苯、二甲苯、乙苯、石油醚、喹啉、噻吩或二硫化碳、丙酮、氯仿、四氢呋喃、四氯化碳、环己烷和N-甲基吡咯烷酮等，加热去除溶剂，之后在惰性气氛或真空条件下碳化得包覆碳材料。此类方法得到的碳复合材料的壳一般为软碳或包覆效果并不好的硬碳，制备的碳复合材料的循环性能、低温性能、大电流充放电性能等并不理想，不能满足现有技术的发展。

发明内容

本发明为了克服现有制备碳复合材料的方法不能得到包覆层均匀、完全的的表面包覆一层硬碳的核-壳结构的碳复合材料，提供一种能制备包覆层均匀、表面光滑及包覆完全的表面包覆一层硬碳的核-壳结构的碳复合材料的操作简单，易实现的方法。步骤包括：a、将石墨加入碳包覆前躯体溶液中，混匀，去除溶液中溶剂；b、用氧化剂在50～400℃下对步骤a所得产物进行氧化；c、将步骤b所得产物在惰性气氛或真空条件下碳化得碳复合材料。

本发明的发明人意外发现将石墨与碳包覆前躯体混合物进行氧化处理后，能克服现有技术碳化后难形成石墨表面包覆一层硬碳的核-壳结构的碳复合材料，能制备包覆层均匀、表面光滑及包覆完全的的表面包覆一层硬碳的核-壳结构的碳复合材料，推测原因可能为氧化对石墨的表面进行了修饰，由于无序碳原子和氧原子的增加，使石墨的表面结构发生了变化，不仅提高了电池的循环性能，同时石墨表面结构的改变也对硬碳包覆层的均匀形成提供了有利条件，而且使包覆层的包覆也更完美、光滑，包覆更完全，包覆效果更好，提高了材料的大电流充放电性能和循环性能。同时，硬碳层具有良好的低温性能，且对电解液的要求较小，应用广泛。而且本发明制备的碳复合材料也具有较高的容量和首次充放电效率。符合现有技术的发展。且本发明的方法简单，易实现，产品质量和批次稳定性均很高。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的碳复合材料的扫描电镜图；

图2为本发明实施例7制备的碳复合材料的扫描电镜图；

图3为本发明实施例8制备的碳复合材料的扫描电镜图；

图4为本发明对比例1制备的碳复合材料的扫描电镜图。

具体实施方式

一种能制备包覆层均匀、表面光滑及包覆完全的表面包覆一层硬碳的核-壳结构的碳复合材料的操作简单，易实现的方法。步骤包括：a、将石墨加入碳包覆前躯体的溶液中，混匀，去除溶液中溶剂；b、用氧化剂在50～400℃下对步骤a所得产物进行氧化；c、将步骤b所得产物在惰性气氛或真空条件下碳化得包覆碳材料。

其中，氧化剂本发明没有特别限制，可以为本领域技术人员公知的各种氧化剂，本发明优选用气体氧化剂，进一步提高氧化效率和均一性，进一步优选氧化剂包括O₂、O₃或NO₂中的一种或几种。可以直接使用这些气体，也可以将这些气体与其他气体混合，例如O₂与氮气的混合气体，即本发明可以直接采用空气，进一步节约成本。

其中，本发明优选氧化的温度为150℃～350℃；时间为10分钟～24小时，进一步优选为30分钟～10小时。以进一步优化碳复合材料的形貌。

本发明优选氧化在搅拌条件下进行，可以使用本领域技术人员公知的各种仪器，本发明优选采用高效沸腾干燥机，进一步改善材料的性能，使反应更完全，包覆效果更好。