一种特殊壳层结构石墨基碳负极复合材料及制备方法

摘要

本发明属于化学电源材料技术领域，具体为一种特殊壳层结构石墨基碳负极复合材料及其制备方法和应用。将石墨通过微孔化、浸渍、气相沉积和热解碳包覆等过程，制备一种具有特殊壳层结构的石墨基碳负极复合材料，具体为石墨//纳米碳管或碳纤维/金属/热解碳的核//壳结构。本发明的优点体现在：通过原位生长纳米碳管或碳纤维，钉扎在石墨和无定形热解碳壳层间；同时，利用独特的热解碳源，使石墨表面碳包覆率达100％，提高复合材料核壳结构导电性和稳定性，进而提高材料大倍率充放电性能和循环性能。这种特殊壳层结构的改性石墨类材料结构稳定、容量高、倍率和循环性能好，可以用作小型锂离子电池和大电流充放电锂离子动力电池负极材料。

主权项

一种特殊壳层结构的石墨基碳负极复合材料的制备方法，其特征在于：通过原位生长纳米碳管或碳纤维，钉扎在石墨和无定形碳之间，形成高导电性和高结构稳定性，具有石墨//纳米碳管或碳纤维/金属/热解碳的核//壳结构的碳负极复合材料。该制备方法的具体步骤为：(1)微孔化：将石墨缓缓加入浓度为0.05‑3M的液相溶液中，石墨和液相溶液的重量比为0.2‑8，在0‑80℃搅拌0.5‑10小时后，固液分离、反复洗涤。(2)浸渍：将表面微孔化石墨浸泡在浓度为0.05‑1M盐溶液中，浸渍温度为0‑80℃，时间为0.5‑10小时，经固液分离、真空干燥。(3)气相沉积：先通1‑1000毫升/分钟的氢气0.5‑5小时，进行还原反应，然后在流速为1‑1000毫升/分钟的碳源气体中，500‑1200℃下沉积为0.1‑5小时，恒温原位生长纳米碳管或碳纤维，稀释气体皆为高纯氮气。(4)表面包覆：将气相沉积纳米碳的石墨浸泡在质量百分数为3‑15％的有机碳源溶液中，搅拌0.5‑6小时，再在50‑120℃继续搅拌蒸发溶剂后，在700‑1200℃高温热解2‑10小时，即得具有石墨//纳米碳管或碳纤维/金属/热解碳的核//壳结构的碳负极复合材料。