复合材料及其制备方法、电极及电池与流程

本申请涉及新能源，尤其涉及一种复合材料及其制备方法、电极及电池。

背景技术：

1、石墨是碳的同素异形体之一，具有典型的层状六方晶系结构，碳原子以sp²杂化形成平面六边形网格并沿c轴堆叠，层间依靠较弱的范德华力结合，赋予其优异的电子导电性、导热性、化学稳定性及层间可嵌入特性。在电池领域，石墨是目前商业化锂离子电池最主流的负极材料，其层状结构可实现锂离子的可逆嵌入与脱嵌，具有比容量高、嵌锂电位低、循环稳定性好、成本低廉等优势，广泛应用于消费电子、动力电池及储能电池。

2、相关技术中，通常在石墨表面进行改性包覆以提高其性能，然而，现有的包覆方法难以进行均匀有效包覆，对石墨的改性有限，包覆方法仍有待进一步改善。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种复合材料及其制备方法、电极及电池。

2、本申请实施例是这样实现的，第一方面，本申请实施例提供一种复合材料的制备方法，包括如下步骤：

3、提供预包覆物，所述预包覆物包括石墨以及包覆所述石墨的腈类聚合物；

4、提供硫源，经气相沉积与所述预包覆物反应结合，得到复合材料。

5、可选地，在本申请的一些实施例中，所述石墨的平均粒径dv50为4μm~20μm。

6、所述腈类聚合物包括聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚丁烯腈、聚戊烯腈、聚己烯腈、聚苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯共聚物、氢化丙烯腈-丁二烯橡胶、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-氯化聚乙烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物、丙烯腈-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-乙烯基吡啶共聚物、丙烯腈-氯乙烯共聚物、丙烯腈-偏氯乙烯共聚物、丙烯腈-马来酸酐共聚物、丙烯腈-丙烯酰胺共聚物。

7、所述石墨和所述腈类聚合物的质量比为100：（0.2~3）。

8、所述腈类聚合物包覆所述石墨形成的预包覆层的平均厚度为5nm~15nm。

9、可选地，在本申请的一些实施例中，所述预包覆物的制备方法包括：提供所述石墨、所述腈类聚合物和溶剂，混合后进行混捏，得到所述预包覆物。

10、所述溶剂包括n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、n-乙基吡咯烷酮、n-环己基吡咯烷酮、n-辛基吡咯烷酮、γ-丁内酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、六甲基磷酰三胺、四氢呋喃、二氧六环、乙腈、丙酮、甲乙酮中的一种或多种。

11、所述混捏处理之后，还包括：干燥去除溶剂。所述干燥去除溶剂的方法包括加热干燥。所述加热干燥的温度为60℃~100℃。

12、可选地，在本申请的一些实施例中，所述硫源包括单质硫、金属硫化物中的一种或多种，所述金属硫化物包括mosx，x为1~5的任意整数。

13、所述腈类聚合物和所述硫源的质量比为10：（1~8）。

14、可选地，在本申请的一些实施例中，所述气相沉积的真空度≤500pa。

15、所述气相沉积的升温速率为1℃/min~10℃/min。

16、所述气相沉积的温度为300℃~600℃。

17、所述气相沉积的时间为1h~8h。

18、可选地，在本申请的一些实施例中，所述气相沉积的真空度≤200pa。

19、所述气相沉积的升温速率为2℃/min~8℃/min。

20、所述气相沉积的温度为300℃~400℃。

21、所述气相沉积的时间为2h~4h。

22、可选地，在本申请的一些实施例中，所述复合材料包括所述石墨以及包覆所述石墨的包覆层。

23、所述包覆层的材料包括含硫腈类聚合物。

24、所述包覆层的平均厚度为3nm~10nm。

25、第二方面，本申请实施例还提供一种复合材料，由上述的制备方法制备得到。

26、第三方面，本申请实施例还提供一种电极，所述电极的材料包括上述的制备方法制备得到的复合材料，或者包括上述的复合材料。

27、第四方面，本申请实施例还提供一种电池，所述电池包括正极、负极、隔膜和电解液，所述负极的材料包括上述的制备方法制备得到的复合材料，或者包括上述的复合材料，或者所述负极包括上述的电极。

28、本申请先提供腈类聚合物预包覆石墨的预包覆物，再采用气相沉积引入硫源制备复合材料，在气相反应的均匀性、结构完整性保护、及形成高浓度li+环境等方面具有显著的优势：在真空气相沉积条件下，升华硫源以气态形式存在，能够通过分子扩散方式均匀渗透到石墨颗粒的各个表面，克服了固相球磨混合的不均匀性；通过精确控制气相沉积中硫源的升华温度、反应温度、真空度和反应时间，可以精确调控含硫腈类聚合物包覆层的厚度和硫含量，实现界面浓度梯度的优化设计；真空条件下的气相反应避免了机械球磨对石墨结构的破坏，保留了石墨的完整晶格结构，有利于锂离子的快速扩散；均匀致密的含硫腈类聚合物包覆层能够在锂化后形成更加陡峭的浓度梯度，更有效地驱动li+向石墨内部扩散，从而显著提升倍率性能。

1.一种复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预包覆物的制备方法包括：提供所述石墨、所述腈类聚合物和溶剂，混合后进行混捏，得到所述预包覆物；其中，

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，

7.如权利要求1至6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述复合材料包括所述石墨以及包覆所述石墨的包覆层；其中，

8.一种复合材料，其特征在于，由权利要求1至7任一项所述的制备方法制备得到。

9.一种电极，其特征在于，所述电极的材料包括如权利要求1至7任一项所述的制备方法制备得到的复合材料，或者包括如权利要求8所述的复合材料。

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括正极、负极、隔膜和电解液，所述负极的材料包括如权利要求1至7任一项所述的制备方法制备得到的复合材料，或者包括如权利要求8所述的复合材料，或者所述负极包括如权利要求9所述的电极。