[发明专利]碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及导电添加剂技术领域，具体公开了一种碳复合材料及其制备方法和应用。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；其中碳纳米管、石墨烯及碳量子点中的任意一者与余下两者至少通过化学键连接。本发明提供的碳复合材料具有良好的柔韧性和高导电性，作为二次电池的导电添加剂时，可有效改善二次电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及导电添加剂技术领域，尤其涉及一种碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

二次电池在充放电过程中，需要活性离子、电子的共同参与，但是二次电池的正极活性材料以及负极活性材料的导电性均不能满足要求，因此在制作二次电池时，需要向正极活性材料和/或负极活性材料中添加导电添加剂以提高电子电导率和离子导电性，降低电池的极化。目前常见的导电添加剂主要有炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯等。其中、炭黑和导电石墨均为颗粒状，与活性物质之间为点接触，需要较高的添加量才能有效改善正极活性材料和/或负极活性材料的导电性；碳纤维、碳纳米管以及石墨烯均容易发生团聚，需要使用分散剂进行分散，但是分散剂对二次电池性能的发挥没有促进作用。基于上述的原因，目前常见的导电添加剂难以满足高速发展的电池技术对导电添加剂所应该具备的性能的需求。

为此人们提出杂化碳材料的方案，其具体是将不同的纳米碳材料在强酸和强氧化剂下氧化，使不同的纳米碳材料表面发生活化，然后采用化学还原或热还原处理以得到纳米杂化碳材料。但是纳米杂化碳材料中，一方面，不同的纳米碳材料是以物理混合形成纳米杂化碳材料，在使用过程中，容易相互剥离；另一方面，制备过程中，强酸和强氧化剂破坏了原纳米碳材料的结构，并且反应过程中杂质元素掺杂导致产品杂质含量高、导电性下降等。多方面的原因导致目前提出的杂化碳材料方案难以作为二次电池的导电添加剂。

发明内容

本发明实施例的目的之一在于提供一种碳复合材料，旨在解决现有导电添加剂存在杂质含量高、导电性能难以满足二次电池要求的问题。

具体地，其采用的技术方案如下：

一种碳复合材料，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

相对于现有技术而言，本发明实施例提供的碳复合材料具有三维结构，其至少一个维度的尺寸为纳米级，碳复合材料具体包括碳纳米管、石墨烯和碳量子点，同时碳纳米管、石墨烯和碳量子点中的任一一者与余下两者至少通过化学键连接，使得碳复合材料具有良好的柔韧性和高导电性能，同时多种碳材料具有较强的结合强度，不易相互分离，适合作为二次电池的导电添加剂。

本发明实施例的目的之二在于提供上述碳复合材料的一种制备方法。

具体地，所述碳复合材料的制备方法所采用的技术方案如下：

一种碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：