专利名称：一种锂离子电池负极用碳材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种锂离子负极材料制备方法，尤其涉及一种锂离子电池负极用碳材料的制备方法。
背景技术：
锂离子电池由于其能量密度高，循环性能好，自其商品化以来已经得到了广泛的应用，逐渐取代了传统的铅酸电池等化学电源。特别是随着能源与环境问题的日益凸显，新能源产业得到了越来越多的重视。锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液构成，其中能否制备能量密度高、功率密度高、循环寿命长、成本低的负极材料是该研究方向最具活力的分支之一，也是制约锂离子电池能否继续向混合动力汽车、航天航空等高科技领域发展的决定因素。 石墨等碳材料作为锂离子电池负极材料，目前在使用过程中存在与溶剂相容性差，大电流性能差，首次充放电时因溶剂分子的共嵌入使碳层发生剥离，电极寿命降低。此外因充放电循环引起的负极用碳材的微粉化，可导致该碳材导电性的降低。因此，迫切需要提供一种导电性好，循环能力强，寿命长的锂离子电池负极碳材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池负极用碳材料的制备方法，使用该方法制备的负极用碳材料的锂离子电池具有导电性好、容量高、使用寿命长等特点。为了实现上述目的，本发明提供的一种锂离子电池负极用碳材料的制备方法包括如下步骤
步骤I，预处理石墨
将石墨加热到100-300°c后迅速浸入10°C以下的浓硫酸或者浓硝酸溶液中，加入表面活性剂超声振荡，使石墨充分氧化分离，再将产物还原，即形成高产率的单层石墨，然后将单层石墨球磨粉碎至粒径为5-10 μ m的粉体石墨；
步骤2，去除石墨中的杂质
将粉体石墨于500-550°C在浓度为50-70%的氢氧化钠溶液中处理2_4小时，再在浓度为50-60%的硫酸溶液中进行酸洗，然后水洗和干燥，以去除粉体石墨中的杂质；
步骤3，对去除杂质后的石墨粉体进行改性
将石墨粉体与占石墨质量4-6%的氧化镍混合均匀，放入碳化炉中，将碳化炉的升温速度设定为100°C /小时而开始加热，当达到1100°C时停止升温，在该温度下保持6小时，然后于1500-1700°C在氮气下催化石墨化1-2小时，得到改性粉体石墨；
步骤4，对改性石墨粉体进行还原处理
在一氧化碳气体的气氛下，于500_700°C对改性粉体石墨进行表面还原处理2-4小时； 步骤5，对还原处理后的石墨粉体进行薄膜处理采用化学气相沉积法，对还原处理后的石墨粉体进行包膜，使其表面包覆上一层厚度为1-2 μ m的碳以改善首次库仑效率，即制得锂离子电负极池用碳材料，其中化学气相沉积条件碳源为CfC5的烷烃，沉积温度为700-900°C，沉积时间为2-4小时。其中，步骤5中所述碳源优选为CfC3的烷烃，更优选为乙烷。本发明还提供了一种上述任一方法制备的锂离子电池负极用碳材料。本发明制备的锂电池负极用碳材料，具有良好的导电性、循环稳定性，用于锂离子电池时，容量高，使用寿命长。
具体实施例方式实施例一
预处理石墨
将石墨加热到100°c后迅速浸入10°c以下的浓硫酸溶液中，加入表面活性剂超声振荡，使石墨充分氧化分离，再将产物还原，即形成高产率的单层石墨，然后将单层石墨球磨粉碎至粒径为5 μ m的粉体石墨。去除石墨中的杂质
将粉体石墨于500°C在浓度为50%的氢氧化钠溶液中处理2小时，再在浓度为50%的硫酸溶液中进行酸洗，然后水洗和干燥，以去除粉体石墨中的杂质。对去除杂质后的石墨粉体进行改性
将石墨粉体与占石墨质量4%的氧化镍混合均匀，放入碳化炉中，将碳化炉的升温速度设定为100°C /小时而开始加热，当达到1100°C时停止升温，在该温度下保持6小时，然后于1500°C在氮气下催化石墨化I小时，得到改性粉体石墨。对改性石墨粉体进行还原处理
在一氧化碳气体的气氛下，于500-70(TC对改性粉体石墨进行表面还原处理2小时。对还原处理后的石墨粉体进行薄膜处理
采用化学气相沉积法，以乙烷为碳源，沉积温度为700°C，沉积时间为2小时，对还原处理后的石墨粉体进行包膜，使其表面包覆上一层厚度为I μ m的碳以改善首次库仑效率，即制得锂离子电负极池用碳材料。实施例二 预处理石墨
将石墨加热到300°C后迅速浸入10°C以下的浓硝酸溶液中，加入表面活性剂超声振荡，使石墨充分氧化分离，再将产物还原，即形成高产率的单层石墨，然后将单层石墨球磨粉碎至粒径为10 μ m的粉体石墨。去除石墨中的杂质
将粉体石墨于550°C在浓度为70%的氢氧化钠溶液中处理4小时，再在浓度为60%的硫酸溶液中进行酸洗，然后水洗和干燥，以去除粉体石墨中的杂质。对去除杂质后的石墨粉体进行改性
将石墨粉体与占石墨质量6%的氧化镍混合均匀，放入碳化炉中，将碳化炉的升温速度设定为100°C /小时而开始加热，当达到1100°C时停止升温，在该温度下保持6小时，然后于1700°C在氮气下催化石墨化2小时，得到改性粉体石墨。
对改性石墨粉体进行还原处理
在一氧化碳气体的气氛下，于700°C对改性粉体石墨进行表面还原处理4小时。对还原处理后的石墨粉体进行薄膜处理
采用化学气相沉积法，以乙烷为碳源，沉积温度为900°C，沉积时间为4小时，对还原处理后的石墨粉体进行包膜，使其表面包覆上一层厚度为2 μ m的碳以改善首次库仑效率，即制得锂离子电负极池用碳材料。比较例
将石墨直接粉碎成10 μ m粒径的粉末，备用。
分别采用实施例一、二和比较例的锂离子电池负极碳材料制成相同规格的负极板，然后制成电池，电解液为1.5mol/L LiPFf^AEC (乙基碳酸酯)+DMC (二甲基碳酸酯)(体积比 I I)溶液，并在恒流O. IC的条件下进行循环性能测试。该实施例一和二的的材料与比较例的材料相比，首次放电比容量提升了 40-50%以上，循环寿命提高了 I倍以上。
权利要求
1.一种锂离子电池负极用碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤I，预处理石墨 将石墨加热到100-300°c后迅速浸入10°C以下的浓硫酸或者浓硝酸溶液中，加入表面活性剂超声振荡，使石墨充分氧化分离，再将产物还原，即形成高产率的单层石墨，然后将单层石墨球磨粉碎至粒径为5-10 μ m的粉体石墨； 步骤2，去除石墨中的杂质 将粉体石墨于500-550°C在浓度为50-70%的氢氧化钠溶液中处理2_4小时，再在浓度为50-60%的硫酸溶液中进行酸洗，然后水洗和干燥，以去除粉体石墨中的杂质； 步骤3，对去除杂质后的石墨粉体进行改性 将石墨粉体与占石墨质量4-6%的氧化镍混合均匀，放入碳化炉中，将碳化炉的升温速度设定为100°C /小时而开始加热，当达到1100°C时停止升温，在该温度下保持6小时，然后于1500-1700°C在氮气下催化石墨化1-2小时，得到改性粉体石墨； 步骤4，对改性石墨粉体进行还原处理 在一氧化碳气体的气氛下，于500_700°C对改性粉体石墨进行表面还原处理2-4小时； 步骤5，对还原处理后的石墨粉体进行薄膜处理 采用化学气相沉积法，对还原处理后的石墨粉体进行包膜，使其表面包覆上一层厚度为1-2 μ m的碳以改善首次库仑效率，即制得锂离子电负极池用碳材料，其中化学气相沉积条件碳源为CfC5的烷烃，沉积温度为700-900°C，沉积时间为2-4小时。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤5中所述碳源为CfC3的烷烃。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤5中所述碳源为乙烷。
4.一种如权利要求I所述方法制备的锂离子电池负极用碳材料。
全文摘要
本发明公开了一种锂离子电池负极用碳材料的制备方法，包括如下步骤将石墨加热后迅速浓硫酸或者浓硝酸溶液中，加入表面活性剂超声振荡，使石墨充分氧化分离，再将产物还原，即形成高产率的单层石墨，然后将单层石墨球磨粉碎成粉体石墨；将粉体石墨于氢氧化钠溶液中处理后，再硫酸溶液中进行酸洗，然后水洗和干燥；对去除杂质后的石墨粉体进行改性；在一氧化碳气体的气氛下，对改性粉体石墨进行表面还原处理；对还原处理后的石墨粉体进行薄膜处理。本发明制备的锂电池负极用碳材料，具有良好的导电性、循环稳定性，用于锂离子电池时，容量高，使用寿命长。
文档编号H01M4/587GK102887504SQ201210357660
公开日2013年1月23日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者姜波 申请人:上海锦众信息科技有限公司