一种锂电池所用石墨的加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锂电池所用石墨的加工方法。
【背景技术】
[0002]目前商品化锂离子电池所使用的负极材料一般为石墨，它的理论容量为372mAh/g，容量较低；它的储能电位平台(0-0.25V vs Li/Li+)较低，这往往会导致锂枝晶的产生，锂枝晶产生到一定量时会刺穿隔膜，使得正负极发生短路，短路产生大量的热量，从而使得整个电池自燃或发生爆炸。
【发明内容】
[0003]本发明公开了一种锂电池所用石墨的加工方法，提高锂离子电池的倍率特性和循环性能。
[0004]为达到上述目的，本发明的技术方案如下:
一种锂电池所用石墨的加工方法，包括如下步骤:
将氧化石墨加入水中超声分散，得到氧化石墨烯悬浮液；
向所述氧化石墨烯悬浮液中加入氢氧化钴，超声分散后过滤，得到氢氧化钴与氧化石墨稀的混合物；
在保护性气体氛围下，将所述氢氧化钴与氧化石墨烯的混合物升温至450°C -700°C,并保温0.5h-2h，冷却得到四氧化三钴-石墨烯复合材料。
[0005]作为改进，所述保护性气体选自氮气及氩气中的至少一种。
[0006]作为改进,所述氧化石墨烯悬浮液中，所述氧化石墨烯的浓度为0.5mg/ml-lmg/ml ο
[0007]作为改进，所述氧化石墨与所述氢氧化钴的质量比为1:2-5:2。
[0008]作为改进，将所述氢氧化钴与氧化石墨烯的混合物以15°C /min-25°C /min的升温速率升温至450°C -700°C。
[0009]作为改进，在制备石墨烯悬浮液的步骤之前还包括:制备氧化石墨，制备氧化石墨包括以下步骤:
将石墨加入浓硫酸和浓硝酸组成的混合酸液中形成混合液，将混合液的温度保持在-2°C _2°C 搅拌 10min-30min ；
向混合液中加入高锰酸钾，继续将混合液的温度保持在-2V -2°C搅拌Ih ；
将混合液升温至80°C -90°C并保温0.5h-2h ；
向混合液中加入去离子水，继续在80°C -90°C保温0.5h-2h ；
向混合液中加入过氧化氢除去高锰酸钾，抽滤，洗涤固体物，干燥固体物后得到氧化石
m
O
[0010]本发明的有益效果是:
本发明通过四氧化三钴-石墨烯复合材料的制备方法制备的四氧化三钴-石墨烯复合材料，可以提高使用四氧化三钴-石墨烯复合材料的锂离子电池的倍率特性和循环性能。
【具体实施方式】
[0011]实施例1
本实施例制备石墨烯复合材料的工艺流程如下:
石墨一氧化石墨一氢氧化钴/氧化石墨烯一四氧化三钴-石墨烯复合材料
(1)石墨:纯度99.5%；
(2)氧化石墨:称取(I)中纯度为99.5%的石墨Ig加入由90ml浓硫酸(质量分数为98%)和25ml浓硝酸(质量分数为65%)组成的混合溶液中，将混合物置于冰水混合浴环境下进行搅拌20分钟，再慢慢地往混合物中加入6g高锰酸钾，搅拌I小时,接着将混合物加热至85°C并保持30分钟，之后加入92ml去离子水继续在85°C下保持30分钟，最后加入1ml过氧化氢溶液(质量分数30%)，搅拌10分钟，对混合物进行抽滤，再依次分别用10ml稀盐酸和150ml去离子水对固体物进行洗涤，共洗涤三次，最后固体物质在60°C真空烘箱中干燥12小时得到氧化石墨；
(3)氢氧化钴/氧化石墨烯:将(2)中得到的氧化石墨分散在去离子水中，氧化石墨的溶度为0.5mg/ml，并加入一定量氢氧化钴，氢氧化钴的溶度为0.2mg/ml，用功率为800W的超声机对混合液进行超声，超声2小时后，过滤，将固体产物置于温度为60°C的真空烘箱中干燥12小时，得到氢氧化钴/氧化石墨烯；
(4)四氧化三钴-石墨烯复合材料:将(3)中制备的氢氧化钴/氧化石墨烯置于氩气(流速:300ml/分钟)氛围下，以20°C /分钟的升温速率将混合物的环境温度升至600°C，保持I小时，然后在氩气(流速:300ml/分钟)氛围下降至室温，得到四氧化三钴-石墨烯复合材料。
[0012]实施例2
本实施例制备四氧化三钴-石墨烯复合材料的工艺流程如下:
石墨一氧化石墨一氢氧化钴/氧化石墨烯一四氧化三钴-石墨烯复合材料
(1)石墨:纯度99.5%；
(2)氧化石墨:称取(I)中纯度为99.5%的石墨Ig加入由90ml浓硫酸(质量分数为98%)和25ml浓硝酸(质量分数为65%)组成的混合溶液中，将混合物置于冰水混合浴环境下进行搅拌20分钟，再慢慢地往混合物中加入6g高锰酸钾，搅拌I小时,接着将混合物加热至85°C并保持30分钟，之后加入92ml去离子水继续在85°C下保持30分钟，最后加入1ml过氧化氢溶液(质量分数30%)，搅拌10分钟，对混合物进行抽滤，再依次分别用10ml稀盐酸和150ml去离子水对固体物进行洗涤，共洗涤三次，最后固体物质在60°C真空烘箱中干燥12小时得到氧化石墨；
(3)氢氧化钴/氧化石墨烯:将(2)中得到的氧化石墨分散在去离子水中，氧化石墨的溶度为lmg/ml，并加入一定量氢氧化钴，氢氧化钴的溶度为0.5mg/ml，用功率为500W的超声机对混合液进行超声，超声3小时后，过滤，将固体产物置于温度为60°C的真空烘箱中干燥12小时，得到氢氧化钴/氧化石墨烯；
(4)四氧化三钴-石墨烯复合材料:将(3)中制备的氢氧化钴/氧化石墨烯置于氩气(流速:200ml/分钟)氛围下，以15°C /分钟的升温速率将混合物的环境温度升至500°C，保持2小时，然后在氩气(流速:200ml/分钟)氛围下降至室温，得到四氧化三钴-石墨烯复合材料。
[0013]实施例3
本实施例制备四氧化三钴-石墨烯复合材料的工艺流程如下:
石墨一氧化石墨一氢氧化钴/氧化石墨烯一四氧化三钴-石墨烯复合材料
(1)石墨:纯度99.5%；
(2)氧化石墨:称取(I)中纯度为99.5%的石墨Ig加入由90ml浓硫酸(质量分数为98%)和25ml浓硝酸(质量分数为65%)组成的混合溶液中，将混合物置于冰水混合浴环境下进行搅拌20分钟，再慢慢地往混合物中加入6g高锰酸钾，搅拌I小时,接着将混合物加热至85°C并保持30分钟，之后加入92ml去离子水继续在85°C下保持30分钟，最后加入1ml过氧化氢溶液(质量分数30%)，搅拌10分钟，对混合物进行抽滤，再依次分别用10ml稀盐酸和150ml去离子水对固体物进行洗涤，共洗涤三次，最后固体物质在60°C真空烘箱中干燥12小时得到氧化石墨；
(3)氢氧化钴/氧化石墨烯:将(2)中得到的氧化石墨分散在去离子水中，氧化石墨的溶度为0.5mg/ml，并加入一定量氢氧化钴，氢氧化钴的溶度为0.5mg/ml，用功率为500W的超声机对混合液进行超声，超声3小时后，过滤，将固体产物置于温度为60°C的真空烘箱中干燥12小时，得到氢氧化钴/氧化石墨烯；
(4)四氧化三钴-石墨烯复合材料:将(3)中制备的氢氧化钴/氧化石墨烯置于氩气(流速:300ml/分钟)氛围下，以25°C /分钟的升温速率将混合物的环境温度升至700°C，保持0.5小时，然后在氩气(流速:300ml/分钟)氛围下降至室温，得到四氧化三钴-石墨烯复合材料。
【主权项】
1.一种锂电池所用石墨的加工方法，其特征在于，包括如下步骤: 将氧化石墨加入水中超声分散，得到氧化石墨烯悬浮液； 向所述氧化石墨烯悬浮液中加入氢氧化钴，超声分散后过滤，得到氢氧化钴与氧化石墨稀的混合物； 在保护性气体氛围下，将所述氢氧化钴与氧化石墨烯的混合物升温至450°c -700°C,并保温0.5h-2h，冷却得到四氧化三钴-石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的一种锂电池所用石墨的加工方法，其特征在于，所述保护性气体选自氮气及氩气中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种锂电池所用石墨的加工方法，其特征在于，所述氧化石墨烯悬浮液中，所述氧化石墨烯的浓度为0.5mg/ml-lmg/mlo4.根据权利要求1所述的一种锂电池所用石墨的加工方法，其特征在于，所述氧化石墨与所述氢氧化钴的质量比为1:2-5:2。5.根据权利要求1所述的一种锂电池所用石墨的加工方法，其特征在于，将所述氢氧化钴与氧化石墨烯的混合物以15°C /min-25°C /min的升温速率升温至450°C _700°C。6.根据权利要求1所述的一种锂电池所用石墨的加工方法，其特征在于，在制备石墨烯悬浮液的步骤之前还包括:制备氧化石墨，制备氧化石墨包括以下步骤: 将石墨加入浓硫酸和浓硝酸组成的混合酸液中形成混合液，将混合液的温度保持在-2°C _2°C 搅拌 10min-30min ； 向混合液中加入高锰酸钾，继续将混合液的温度保持在-2V -2°C搅拌Ih ； 将混合液升温至80°C -90°C并保温0.5h-2h ； 向混合液中加入去离子水，继续在80°C -90°C保温0.5h-2h ； 向混合液中加入过氧化氢除去高锰酸钾，抽滤，洗涤固体物，干燥固体物后得到氧化石m O
【专利摘要】本发明公开了一种锂电池所用石墨的加工方法，包括如下步骤：将氧化石墨加入水中超声分散，得到氧化石墨烯悬浮液；向所述氧化石墨烯悬浮液中加入氢氧化钴，超声分散后过滤，得到氢氧化钴与氧化石墨烯的混合物；及在保护性气体氛围下，将所述氢氧化钴与氧化石墨烯的混合物升温至450℃-700℃，并保温0.5h-2h，冷却得到四氧化三钴-石墨烯复合材料，通过上述四氧化三钴-石墨烯复合材料的制备方法制备的四氧化三钴-石墨烯复合材料可以提高使用四氧化三钴-石墨烯复合材料的锂离子电池的倍率特性和循环性能。
【IPC分类】H01M4/583, H01M4/52
【公开号】CN104953120
【申请号】CN201410110456
【发明人】徐赵东
【申请人】徐赵东
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2014年3月24日