锂电池用碳石墨制备方法与流程

本发明涉及锂电池
技术领域：
，具体涉及一种锂电池用碳石墨制备方法。
背景技术：
：锂离子电池因其具有能量高、体积小、电压高、寿命长等优点被广泛应用于军事和民用设备中。负极材料是锂离子电池的关键材料之一，而碳质材料是常用的锂离子电池负极的材料。进过使用和研究后人们发现，碳负极材料材料在锂离子电池使用时的充放电过程中，形成的SEI膜容易不断崩塌，影响电池的使用性能和寿命，需要对其表面进行修饰和整形，来提高电池性能和使用寿命。天然鳞片石墨加工负极材料的方法主要是球形化、表面氧化和表面包覆碳化、石墨化。常规的改性方法是在球形石墨表面通过液相或固相工艺包覆沥青，再在氮气保护下碳化或石墨化得到负极材料。但这种工艺循环稳定性差，电量衰减严重。技术实现要素：本发明的目的是为了克服现有技术中存在的上述缺陷，提供一种锂电池用碳石墨制备方法。为解决上述问题，本发明提出一种锂电池用碳石墨制备方法，包括以下步骤：步骤一、将石墨微粒进行球形化处理，得到d50为15-25μm的球形石墨；步骤二、将制备的球形石墨与壳聚糖按100：1-15的质量比混合后进入球磨机混合处理60-300min；步骤三、将步骤二中球磨机处理后物料放入通有惰性气体的碳化炉中，以2-10℃/min的升温速率升至800-900℃后，碳化处理5-6h；步骤四、将步骤三中碳化处理后的球形石墨与高分子树脂溶液搅拌混合后，在150-250℃下干燥；步骤五、将步骤四中干燥后物料在950-1150℃下处理2-3小时后冷却，破碎；步骤六、将步骤五中破碎后产物进行石墨化处理，即得到石墨负极材料。上述技术方案中，在实施所述步骤二之前对球形石墨进行氧化处理，所述氧化处理是将球形石墨浸泡在氧化剂溶液中45-120分钟。上述技术方案中，所述氧化剂溶液为98％的浓硫酸与1.5-2mol/L的高锰酸钾按1：0.5-0.8的质量比混合制成。上述技术方案中，在进行氧化处理时对球形石墨进行超声波处理，超声波处理的频率为35-40KHZ，超声波处理的功率为250W-300W，超声波处理的时间为40-90分钟。上述技术方案中，所述步骤四中高分子树脂溶液为酚醛树脂、环氧树脂、沥青中的一种或多种与水或二乙二醇配置成的溶液。上述技术方案中，所述步骤六中的石墨化处理是指将破碎后产物加热到2700℃以上进行石墨化。本发明中锂电池用碳石墨制备方法，通过对球形石墨进行表面改性和结构调整，有效的提高了负极材料的比表面积，从而提升其电化学性能，首先对球形石墨进行氧化处理，随后使用壳聚糖对球形石墨进行包覆，通过高温热处理，使球形石墨表面有机质挥发，产生微孔，随后使用高分子树脂进行二次包裹后进行石墨化处理，形成稳定、均匀分布的多层孔隙结构，不仅提高了负极材料的电容量，也大大增强了球形石墨表面形成电解质膜的稳定性，且二次包裹后形成的碳骨架机械强度高，提高了负极材料的循环寿命。附图说明图1为本发明中锂电池用碳石墨制备方法的流程示意图；具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：实施例1本发明中锂电池用碳石墨制备方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤一、将粒级为1-15μm的石墨微粒进行球形化处理，得到d50为18.4μm的球形石墨，取500g球形石墨在30％质量浓度的双氧水中浸泡60分钟后取出，用去离子水反复清洗球形石墨至清洗水为中性；步骤二、将步骤一制备的球形石墨与40g壳聚糖混合后进入球磨机处理90min；步骤三、将步骤二中球磨机处理后的物料放入通有氩气的碳化炉中，以2℃/min的升温速率升至850℃后，碳化处理5h；步骤四、将步骤三中碳化处理后的球形石墨与10g酚醛树脂和100g水搅拌混合30分钟后，在150℃下干燥；步骤五、将步骤四中干燥后物料在950℃下处理2小时后冷却，破碎；步骤六、将步骤五中破碎后产物进行石墨化处理，加热到2800℃保温3天后冷却，即得到石墨负极材料。实施例2本发明中锂电池用碳石墨制备方法，包括以下步骤：步骤一、将将粒级为1-15μm的石墨微粒进行球形化处理，得到d50为18.2μm的球形石墨，取500g球形石墨在98％的浓硫酸与1.5mol/L的高锰酸钾按1：0.5的质量比混合制成的氧化剂中浸泡60分钟后取出，用去离子水反复清洗球形石墨至清洗水为中性；在浸泡时对球形石墨进行超声波处理，超声波处理的频率为35KHZ，超声波处理的功率为250W，超声波处理的时间为50分钟；步骤二、向上述球形石墨中加入75g壳聚糖，混合后进入球磨机处理120min；步骤三、将步骤二中球磨机处理后物料放入通有氩气的碳化炉中，以3℃/min的升温速率升至900℃后，碳化处理5.5h；步骤四、将步骤三中碳化处理后的球形石墨与与10g环氧树脂和90g水搅拌混合搅拌混合后，在200℃下干燥；步骤五、将步骤四中干燥后物料在1000℃下处理3小时后冷却，破碎；步骤六、将步骤五中破碎后产物进行石墨化处理，加热到2750℃保温4天后冷却，即得到石墨负极材料。实施例3本发明中锂电池用碳石墨制备方法，包括以下步骤：步骤一、将将粒级为1-15μm的石墨微粒进行球形化处理，得到d50为22.4μm的球形石墨，取300g球形石墨在98％的浓硫酸与1.5mol/L的高锰酸钾按1：0.8的质量比混合制成的氧化剂中浸泡90分钟后取出，用去离子水反复清洗球形石墨至清洗水为中性；在浸泡时对球形石墨进行超声波处理，超声波处理的频率为40KHZ，超声波处理的功率为300W，超声波处理的时间为60分钟；步骤二、将制备的球形石墨与30g壳聚糖混合后放入球磨机处理240min；步骤三、将步骤二中球磨机处理后物料放入通有氩气的碳化炉中，以2℃/min的升温速率升至800℃后，碳化处理6h；步骤四、将步骤三中碳化处理后的球形石墨与25g酚醛树脂和100g二乙二醇搅拌混合后，在250℃下干燥；步骤五、将步骤四中干燥后物料在1000℃下处理2小时后冷却，破碎；步骤六、将步骤五中破碎后产物进行石墨化处理，加热到2800℃保温3天后冷却，即得到石墨负极材料。实施例4本发明中锂电池用碳石墨制备方法，包括以下步骤：步骤一、将将粒级为1-15μm的石墨微粒进行球形化处理，得到d50为20.7μm的球形石墨，取200g球形石墨在98％的浓硫酸与2mol/L的高锰酸钾按1：0.6的质量比混合制成的氧化剂中浸泡100分钟后取出，用去离子水反复清洗球形石墨至清洗水为中性；在浸泡时对球形石墨进行超声波处理，超声波处理的频率为35KHZ，超声波处理的功率为300W，超声波处理的时间为80分钟；步骤二、将制备的球形石墨与25g壳聚糖混合后放入球磨机处理180min；步骤三、将步骤二中球磨机处理后物料放入通有氩气的碳化炉中，以5℃/min的升温速率升至875℃后，碳化处理5.5h；步骤四、将步骤三中碳化处理后的球形石墨与18g沥青和100g水搅拌混合后，在250℃下干燥；步骤五、将步骤四中干燥后物料在950℃下处理2.5小时后冷却，破碎；步骤六、将步骤五中破碎后产物进行石墨化处理，加热到2800℃保温3.5天后冷却，即得到石墨负极材料。将上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4中制备得到的碳负极材料分别制备成纽扣电池：将碳负极材料添加粘结剂和增稠剂后涂覆在铜箔上制成负极，采用锂箔片作为正极，电解质液为在体积比为6:4的碳酸二乙酯(DEC)和碳酸亚乙酯(EC)混合液中添加1M锂六氟磷酸盐(LiPF6)制成，采用上述材料制成纽扣电池并测试性能，如下表所示:测试项目实施例1实施例2实施例3实施例4比表面积m2/g1.82.22.12.3振实密度g/cm31.051.151.21.18比容量mAh/g364.2367.8368.6369.1初始效率％93.5％96.2％97.596.450次循环寿命％86.8％89.490.989.8本发明的优势是通过在球形石墨与高分子树脂结合之前，使用壳聚糖对球星石墨进行包裹和碳化处理，提高石墨表面的孔隙度，随后将高分子树脂均匀的包覆于石墨表面，不仅可以防止SEI膜脱落，提高循环的稳定性，同时提高了首次库伦效率，增大了稳定循环寿命。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。当前第1页1 2 3