一种提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到锂离子电池硬负极材料技术，尤其涉及到一种提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法。
【背景技术】
[0002]能源是人类社会高速发展的重要物质保证。如今，地球上的煤炭、天然气和石油等不可在生化石能源日益减少以及化石能源环境污染问题，迫使人类寻找清洁、可持续发展的清洁能源，如风能、太阳能等清洁能源替代化石能源。
[0003]锂离子电池是这个时代背景下产生的新型、可持续发展的新能源。锂离子电池具有工作电压高、比能量高、循环性能好、无记忆效应等优点被用于便携式装置用储能电池，如计算机、通讯、消费电子产品等。随着技术的不断提高，人们对锂离子电池的性能提出了更高的要求。锂离子电池的性能在很大程度上由电池电极材料决定，因此改善电池电极材料的性能，得到高比能量、长寿命、安全性好的锂离子电池是目前研究的重点及热点。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于提供一种提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法。
[0005]本发明提供一种提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0006]A)将酸与蒸馏水按照体积比1: 0.1?1: 10混合得到酸性溶液，将直径为1?50um炭材料用酸性溶液室温搅拌处理1?24h，经过去离子水洗涤至中性并干燥，得到酸处理炭材料；
[0007]B)将酸处理炭于马弗炉中100°C?500°C空气氧化处理1?12h，得到空气氧化炭材料；
[0008]C)将空气氧化炭材料直接用做锂离子电池负极材料，制备锂离子电池并测试其电化学性能；
[0009]优选的，其特征在于，所述酸性溶液选自酸与蒸馏水的体积比1: 0.5?1: 2。浓盐酸、浓硝酸、浓硫酸、高氯酸中的一种或几种。
[0010]优选的，所述步骤A)中的炭为酚醛树脂炭、焦炭、中间相浙青炭微球、浙青炭、木炭、竹炭等，其平均直径为l-10um。
[0011]优选的，所述步骤A)中酸性溶液室温处理炭材料的时间为6?12h。
[0012]优选的，所述步骤B)中的空气氧化温度为250°C?450°C。
[0013]优选的，所述步骤B)中的空气氧化时间为3?6h。
[0014]本发明的优点:
[0015]与现有的发明相比，本发明先将炭材料用一定浓度的酸于室温处理，然后再将酸处理后的炭置于一定温度下空气氧化处理一定时间，这样有利于炭材料能够被充分地氧化、刻蚀。通过此种方法处理炭材料后，炭表明由光滑变为粗糙，含有丰富的含氧官能团，同时炭材料的电化学性能得到明显提升。
[0016]硬炭炭球未经过任何处理时，在放电电流密度为50mA/g时，其首次放电比容量为600mAh/g,首次库伦效率为42%, 50次循环后放电比容量为200mAh/g,而经过后处理的硬炭炭球，同样在放电电流密度为50mA/g时，其首次放电比容量为1400mAh/g，首次库伦效率为70%, 50次循环后放电比容量为500mAh/g。比较硬炭炭球处理前后的电化学性能可知，处理后，炭球的首次放电比容量提高130%，首次库伦效率提高66.67%，50次循环后放电比容量提高150%。
【附图说明】
[0017]附图1为实施例1中酸处理后硬炭炭球的扫描电镜图；
[0018]附图2为实施例1中氧化处理后硬炭炭球扫描电镜图；
[0019]附图3为未经任何处理的硬炭炭球和实施例1中炭球的放电曲线循环性能图。
【具体实施方式】
[0020]实施例1
[0021]将酸与蒸馏水按照体积比1: 1量取20mL的浓硝酸(67% )和20mL的蒸馏水放入250mL的玻璃烧杯中，之后称取0.5g的平均直径为2um酚醛树脂炭球放入烧杯中，室温搅拌处理12h，将经过酸性溶液处理的硬炭炭球用蒸馏水洗涤至中性、干燥，得到酸处理炭球。
[0022]将酸处理炭微球于马弗炉中450°C空气氧化处理3h，得到空气氧化炭微球。
[0023]将空气氧化炭微球直接用做锂离子电池负极材料，制备锂离子电池并测试其电化学性能。
[0024]经过对未经任何处理的硬炭炭球和实施例1中炭球的放电曲线循环性能图分析得到，锂离子电池首次放电比容量提高130%，50次循环后容量仍提高150%。
[0025]利用扫描电子显微镜对实施例1中的硬炭炭球空气氧化前后进行分析，得到450°C空气氧化处理3h前后的电镜照片，如图1和图2所示，图1是空气氧化前电镜照片，图2是空气氧化后电镜照片。
[0026]附图3是未经任何处理的硬炭炭球和实施例1中炭球的放电曲线循环性能图。由图4电化学性能测试结果表明，未经任何处理的硬炭炭球，在50mA/g电流密度下，首次放电比容量为650mAh/g,首次库伦效率为42%, 50次循环后放电比容量为200mAh/g。而经过处理的即实施例1中的硬炭炭球在50mA/g电流密度下,其首次放电比容量为1400mAh/g,首次库伦效率为70%，50次循环后放电比容量为500mAh/g。
[0027]实施例2
[0028]将酸与蒸馏水按照体积比1: 0.1量取40mL的浓硝酸(67% )和4mL的蒸馏水放入250mL的玻璃烧杯中，之后称取0.5g的平均直径为5um的中间相浙青炭微球放入烧杯中，室温搅拌处理lh，将经过酸性溶液处理的炭球用蒸馏水洗涤至中性、干燥，得到酸处理炭球。
[0029]将酸处理炭微球于马弗炉中450°C空气氧化处理3h，得到空气氧化炭微球。
[0030]将空气氧化炭微球直接用做锂离子电池负极材料，制备锂离子电池并测试其电化学性能。发现其容量可高达720mAh/g，较原料微球提高200%，50次循环后容量仍提高130%。
[0031]实施例3
[0032]将酸与蒸馏水按照体积比1: 9量取5mL的浓硝酸(67% )和25mL的蒸馏水放入250mL的玻璃烧杯中，之后称取0.5g的平均粒径为20um的焦炭粉末放入烧杯中，室温搅拌处理24h，将经过酸性溶液处理的硬炭炭球用蒸馏水洗涤至中性、干燥，得到酸处理炭粉。
[0033]将酸处理炭粉于马弗炉中100°C空气氧化处理12h，得到空气氧化炭粉。
[0034]将空气氧化炭粉直接用做锂离子电池负极材料，制备锂离子电池并测试其电化学性能。发现锂离子电池首次放电比容量提高70%，50次循环后容量仍提高5%。
[0035]实施例4
[0036]将酸与蒸馏水按照体积比1: 2量取20mL的浓硝酸(67% )和40mL的蒸馏水放入250mL的玻璃烧杯中，之后称取0.5g的平均直径为50um的木炭炭粉放入烧杯中，室温搅拌处理6h，将经过酸性溶液处理的硬炭炭球用蒸馏水洗涤至中性、干燥，得到酸处理炭球。
[0037]将酸处理炭微球于马弗炉中450°C空气氧化处理lh，得到空气氧化炭粉。
[0038]将空气氧化炭粉直接用做锂离子电池负极材料，制备锂离子电池并测试其电化学性能。锂离子电池首次放电比容量提高130%，达到450mAh/g，50次循环后容量仍提高100%。
[0039]实施例5
[0040]将酸与蒸馏水按照体积比1: 2量取20mL的浓硫酸(98% )和40mL的蒸馏水放入250mL的玻璃烧杯中，之后称取0.5g的平均直径为50um的硬炭炭球放入烧杯中，室温搅拌处理6h，将经过酸性溶液处理的硬炭炭球用蒸馏水洗涤至中性、干燥，得到酸处理炭球。
[0041]将酸处理炭微球于马弗炉中500°C空气氧化处理lh，得到空气氧化炭微球。
[0042]将空气氧化炭微球直接用做锂离子电池负极材料，制备锂离子电池并测试其电化学性能。发现锂离子电池首次放电比容量提高25%，50次循环后容量仍提高5%。
[0043]实施例6
[0044]将酸与蒸馏水按照体积比1: 4量取10mL的浓硝酸(67% )和40mL的蒸馏水放入250mL的玻璃烧杯中，之后称取0.5g的平均直径为10um的竹炭粉放入烧杯中，室温搅拌处理16h，将经过酸性溶液处理的硬炭炭球用蒸馏水洗涤至中性、干燥，得到酸处理炭球。
[0045]将酸处理炭微球于马弗炉中400°C空气氧化处理3h，得到空气氧化炭粉。
[0046]将空气氧化炭粉直接用做锂离子电池负极材料，制备锂离子电池并测试其电化学性能。发现锂离子电池首次放电比容量提高70%，50次循环后容量仍提高120%。
[0047]以上已对本发明的较佳实施例进行了具体比较说明，从而验证本发明对硬炭炭球后处理并用作锂离子电池负极材料的电化学性能的优点。但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【主权项】
1.一种提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法，其特征在于:将后处理的炭材料用做锂离子电池的负极材料时，电极首次放电比容量可提高10?200%，50次循环后容量仍可提闻5?150%。2.一种制备权利要求1所述炭负极材料后处理的方法，其特征在于，包括以下步骤: A)将酸与蒸馏水按照体积比1: 0.1?1: 10混合得到酸性溶液，称取一定量的直径为1?50um炭粉材料在酸性溶液中室温搅拌处理1?24h，后经去离子水洗涤至中性并干燥，得到酸处理炭材料； B)将酸处理炭材料于100°C?500°C空气氧化处理1?12h，得到空气氧化炭材料； C)将空气氧化炭材料直接用做锂离子电池负极材料，制备锂离子电池并测试其电化学性能。3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于，所述炭材料为经过500-1500处理的硬炭和软炭材料，包括焦炭、中间相浙青炭微球、酸酸树脂炭、浙青炭、木炭、竹炭，其粒径为l-10umo4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述酸性溶液选自浓盐酸、浓硝酸、浓硫酸、高氯酸中的一种或几种。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A)中的酸与蒸馏水的体积比1: 0.5 ?1: 2。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A)中酸性溶液室温处理炭材料的时间为6?12h。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤B)中的空气氧化温度为250 ?450 °C。8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤B)中的空气氧化时间为3?6h。
【专利摘要】本发明涉及提高锂离子电池炭负极材料电化学性能的后处理方法，具体步骤如下：将氧化性酸与蒸馏水按照体积比1∶0.1～1∶10混合得到酸性溶液，将平均直径为1～50um的炭材料在酸性溶液室温搅拌处理1～24h，用去离子水洗涤至中性并干燥，得到酸处理炭材料；将酸处理炭材料于100℃～500℃空气氧化处理1～12h，得到空气氧化炭的炭材料；将空气氧化产物直接用做锂离子电池负极材料，表现出高的电化学性能。
【IPC分类】H01M4/139
【公开号】CN105244473
【申请号】CN201410326677
【发明人】宋怀河, 范成伟, 吴清霞, 高利, 陈晓红, 贾殿赠, 韩刚, 陈志刚, 廖焱, 徐辉
【申请人】北京化工大学, 乌鲁木齐石油化工总厂西峰工贸总公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2014年7月10日