[发明专利]碳复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种碳复合材料，其特征在于，所述碳复合材料具有三维结构，且至少一个维度的尺寸为纳米级，包括碳纳米管、石墨烯及碳量子点；

所述碳纳米管、所述石墨烯及所述碳量子点中的任意一者与余下两者至少通过化学键连接。

2.如权利要求1所述的碳复合材料，其特征在于，所述碳纳米管和所述碳量子点分别通过化学键结合于所述石墨烯的表面；

和/或，所述碳量子点通过化学键结合于所述碳纳米管的内表面和/或外表面；

和/或，所述碳复合材料还包括碳纳米纤维，所述碳纳米纤维与所述碳纳米管、所述石墨烯、所述碳量子点中的任一者至少通过化学键连接。

3.如权利要求1所述的碳复合材料，其特征在于，所述化学键包括酰胺键；

和/或，所述碳量子点包括石墨烯量子点。

4.如权利要求1至3任一项所述的碳复合材料，其特征在于，所述碳复合材料中，金属杂质的含量小于50ppm；

和/或，所述碳复合材料的片径D50在5μm～15μm之间，厚度在0.5nm～20.0nm之间。

5.如权利要求1至4任一项所述的碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在电解液中以第一电极为阳极并以惰性电极为阴极通直流电以使所述第一电极发生电化学反应并溶入所述电解液中，得到混合浆料；所述电解液中含有碳量子点，且所述碳量子点携带含氧官能团和含氮官能团；所述第一电极包括碳纳米管和第一碳材料，所述第一碳材料包括氧化石墨烯、膨胀石墨中的至少一种；

对所述混合浆料进行过滤及干燥处理得到第一物料；

在非反应气氛的条件下对所述第一物料进行原位还原，得到碳复合材料。

6.如权利要求5所述的碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述电解液中碳量子点含量为1g/L～10g/L，且所述电解液的电导率为5mS/cm～50mS/cm；

和/或，所述直流电的电压为5V～50V；

和/或，所述原位还原的条件还包括还原温度为600℃～1200℃；

和/或，所述碳量子点中碳的质量含量为30％～70％、氮的质量含量为5％～30％；

和/或，所述第一碳材料还包括碳纳米纤维，所述碳纳米纤维的直径在1nm～500nm、长度在10nm～10μm之间。

7.如权利要求5所述的碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一电极中，所述碳纳米管与所述第一碳材料的质量比为1：1～10；

和/或，所述膨胀石墨的平均尺寸为20μm～50μm，且含碳量为98.5wt.％～99.9wt.％；

和/或，所述碳纳米管的平均外径为1nm～30nm，且含碳量为98.5wt.％～99.9wt.％。

8.如权利要求5至7任一项所述的碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一电极的制备步骤包括将所述碳纳米管和所述第一碳材料进行混料处理后并在5MPa～30MPa的压力下进行辊压的步骤。

9.如权利要求1至4任一项所述的碳复合材料或如权利要求5至8任一项所述的碳复合材料的制备方法制备得到的碳复合材料作为二次电池的导电添加剂的应用。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述二次电池包括锂离子电池、锂硫电池、镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池、聚合物锂电池及钠离子电池中的任一种；

其中，当所述二次电池选自锂离子电池时，所述碳复合材料在所述锂离子电池的正极片或负极片中的添加量为0.1wt.％～3.0wt.％。