[发明专利]一种快离子导体包覆的石墨复合材料及其制备方法

说明书

本发明为一种快离子导体包覆的石墨复合材料及其制备方法。一种快离子导体包覆的石墨复合材料，包括内核和包覆所述的内核的外壳；其中，所述的内核为石墨；所述的外壳为双层结构，内层为第一包覆层，含有快离子导体；外层为第二包覆层，是含氮无定形碳。本发明还公开了该石墨复合材料的制备方法。本发明所述的一种快离子导体包覆的石墨复合材料及其制备方法，利用第一包覆层和第二包覆层之间的协同作用，即快离子导体锂离子导电率高、结构稳定，第二包覆层含氮无定形碳电子导电高的特性，同时第一包覆层和第二包覆层通过偶联剂连接提升材料之间的结合力，降低层间的阻抗提升循环性能和功率性能。

技术领域

本发明具体涉及一种快离子导体包覆的石墨复合材料及其制备方法。

背景技术

目前市场化的锂离子电池的负极材料主要以石墨(天然石墨、人造石墨)为主，其具有导电性好、可逆比容量高的优势。但石墨材料的结构稳定性差，与电解液的相容性差，并且锂离子在其有序层状结构中的扩散速度慢，导致该材料不能大倍率的充放电。

同时石墨复合材料比容量目前达到360mAh/g，已经接近理论比容量372mAh/g，其包覆材料为沥青或树脂碳化后形成的无定形碳。但是无定形碳材料的比容量偏低(300mAh/g左右)，首次效率低(80-85％)；电子导电性虽然高，但是材料的离子导电性较差，影响其材料的快充性能及其首次效率。

有鉴于此，本发明提出一种石墨复合材料的新的包覆材料及其制备方法，采用快离子导体作为包覆材料，其为一种含锂金属无机化合物，具有锂离子导电性高、结构稳定，且与电解液反应不剧烈，可以改善材料表面的动力学及其循环性能，包覆在石墨表面不失为一种提升快充性能的措施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快离子导体包覆的石墨复合材料，该复合材料在石墨表面包覆双层结构，快离子导体复合层和含氮无定形碳层，有利于提升材料的快充、首次效率及其循环性能。

为了实现上述目的，所采用的技术方案为：

一种快离子导体包覆的石墨复合材料，包括内核和包覆所述的内核的外壳；

其中，所述的内核为石墨；

所述的外壳为双层结构，内层为第一包覆层，含有快离子导体；外层为第二包覆层，是含氮无定形碳。

进一步的，所述的内核：第一包覆层：第二包覆层的质量比为90-98：1-5：1-5。

进一步的，所述的第一包覆层的厚度为0.5-2μm，第二包覆层厚度为0.1-0.5μm。

进一步的，所述的第一包覆层的组成为：80-90wt％快离子导体，1-5wt％石墨烯，其余为无定形碳。

进一步的，所述的快离子导体为LiAlSiO₄、LiNbO₃、Li₇La₃Zr₂O₁₂、Li_0.5La_0.5TiO₃、Li_1.4Al_0.4Ti_1.6(PO₄)₃中的一种。

本发明的另一个目的在于提供上述石墨复合材料的制备方法，该制备方法简单。

为了实现上述目的，所采用的技术方案为：

上述的石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将快离子导体、氧化石墨烯N-甲基吡咯烷酮导电液均匀分散到有机溶剂中后，在100-200℃、1-5Mpa的条件下，反应1-6h，过滤，真空干燥，得到包覆材料A；

(2)将所述的包覆材料A通过粒子注入法，植入到人造石墨表面，得到材料1；