一種鋰電池所用石墨的加工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋰電池所用石墨的加工方法。
【背景技術】
[0002]目前商品化鋰離子電池所使用的負極材料一般為石墨，它的理論容量為372mAh/g，容量較低；它的儲能電位平臺(0-0.25V vs Li/Li+)較低，這往往會導致鋰枝晶的產生，鋰枝晶產生到一定量時會刺穿隔膜，使得正負極發生短路，短路產生大量的熱量，從而使得整個電池自燃或發生爆炸。
【發明內容】
[0003]本發明公開了一種鋰電池所用石墨的加工方法，提高鋰離子電池的倍率特性和循環性能。
[0004]為達到上述目的，本發明的技術方案如下:
一種鋰電池所用石墨的加工方法，包括如下步驟:
將氧化石墨加入水中超聲分散，得到氧化石墨烯懸浮液；
向所述氧化石墨烯懸浮液中加入氫氧化鈷，超聲分散后過濾，得到氫氧化鈷與氧化石墨稀的混合物；
在保護性氣體氛圍下，將所述氫氧化鈷與氧化石墨烯的混合物升溫至450°C -700°C,并保溫0.5h-2h，冷卻得到四氧化三鈷-石墨烯復合材料。
[0005]作為改進，所述保護性氣體選自氮氣及氬氣中的至少一種。
[0006]作為改進,所述氧化石墨烯懸浮液中，所述氧化石墨烯的濃度為0.5mg/ml-lmg/ml ο
[0007]作為改進，所述氧化石墨與所述氫氧化鈷的質量比為1:2-5:2。
[0008]作為改進，將所述氫氧化鈷與氧化石墨烯的混合物以15°C /min-25°C /min的升溫速率升溫至450°C -700°C。
[0009]作為改進，在制備石墨烯懸浮液的步驟之前還包括:制備氧化石墨，制備氧化石墨包括以下步驟:
將石墨加入濃硫酸和濃硝酸組成的混合酸液中形成混合液，將混合液的溫度保持在-2°C _2°C 攪拌 10min-30min ；
向混合液中加入高錳酸鉀，繼續將混合液的溫度保持在-2V -2°C攪拌Ih ；
將混合液升溫至80°C -90°C并保溫0.5h-2h ；
向混合液中加入去離子水，繼續在80°C -90°C保溫0.5h-2h ；
向混合液中加入過氧化氫除去高錳酸鉀，抽濾，洗滌固體物，干燥固體物后得到氧化石
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[0010]本發明的有益效果是:
本發明通過四氧化三鈷-石墨烯復合材料的制備方法制備的四氧化三鈷-石墨烯復合材料，可以提高使用四氧化三鈷-石墨烯復合材料的鋰離子電池的倍率特性和循環性能。
【具體實施方式】
[0011]實施例1
本實施例制備石墨烯復合材料的工藝流程如下:
石墨一氧化石墨一氫氧化鈷/氧化石墨烯一四氧化三鈷-石墨烯復合材料
(1)石墨:純度99.5%；
(2)氧化石墨:稱取(I)中純度為99.5%的石墨Ig加入由90ml濃硫酸(質量分數為98%)和25ml濃硝酸(質量分數為65%)組成的混合溶液中，將混合物置于冰水混合浴環境下進行攪拌20分鐘，再慢慢地往混合物中加入6g高錳酸鉀，攪拌I小時,接著將混合物加熱至85°C并保持30分鐘，之后加入92ml去離子水繼續在85°C下保持30分鐘，最后加入1ml過氧化氫溶液(質量分數30%)，攪拌10分鐘，對混合物進行抽濾，再依次分別用10ml稀鹽酸和150ml去離子水對固體物進行洗滌，共洗滌三次，最后固體物質在60°C真空烘箱中干燥12小時得到氧化石墨；
(3)氫氧化鈷/氧化石墨烯:將(2)中得到的氧化石墨分散在去離子水中，氧化石墨的溶度為0.5mg/ml，并加入一定量氫氧化鈷，氫氧化鈷的溶度為0.2mg/ml，用功率為800W的超聲機對混合液進行超聲，超聲2小時后，過濾，將固體產物置于溫度為60°C的真空烘箱中干燥12小時，得到氫氧化鈷/氧化石墨烯；
(4)四氧化三鈷-石墨烯復合材料:將(3)中制備的氫氧化鈷/氧化石墨烯置于氬氣(流速:300ml/分鐘)氛圍下，以20°C /分鐘的升溫速率將混合物的環境溫度升至600°C，保持I小時，然后在氬氣(流速:300ml/分鐘)氛圍下降至室溫，得到四氧化三鈷-石墨烯復合材料。
[0012]實施例2
本實施例制備四氧化三鈷-石墨烯復合材料的工藝流程如下:
石墨一氧化石墨一氫氧化鈷/氧化石墨烯一四氧化三鈷-石墨烯復合材料
(1)石墨:純度99.5%；
(2)氧化石墨:稱取(I)中純度為99.5%的石墨Ig加入由90ml濃硫酸(質量分數為98%)和25ml濃硝酸(質量分數為65%)組成的混合溶液中，將混合物置于冰水混合浴環境下進行攪拌20分鐘，再慢慢地往混合物中加入6g高錳酸鉀，攪拌I小時,接著將混合物加熱至85°C并保持30分鐘，之后加入92ml去離子水繼續在85°C下保持30分鐘，最后加入1ml過氧化氫溶液(質量分數30%)，攪拌10分鐘，對混合物進行抽濾，再依次分別用10ml稀鹽酸和150ml去離子水對固體物進行洗滌，共洗滌三次，最后固體物質在60°C真空烘箱中干燥12小時得到氧化石墨；
(3)氫氧化鈷/氧化石墨烯:將(2)中得到的氧化石墨分散在去離子水中，氧化石墨的溶度為lmg/ml，并加入一定量氫氧化鈷，氫氧化鈷的溶度為0.5mg/ml，用功率為500W的超聲機對混合液進行超聲，超聲3小時后，過濾，將固體產物置于溫度為60°C的真空烘箱中干燥12小時，得到氫氧化鈷/氧化石墨烯；
(4)四氧化三鈷-石墨烯復合材料:將(3)中制備的氫氧化鈷/氧化石墨烯置于氬氣(流速:200ml/分鐘)氛圍下，以15°C /分鐘的升溫速率將混合物的環境溫度升至500°C，保持2小時，然后在氬氣(流速:200ml/分鐘)氛圍下降至室溫，得到四氧化三鈷-石墨烯復合材料。
[0013]實施例3
本實施例制備四氧化三鈷-石墨烯復合材料的工藝流程如下:
石墨一氧化石墨一氫氧化鈷/氧化石墨烯一四氧化三鈷-石墨烯復合材料
(1)石墨:純度99.5%；
(2)氧化石墨:稱取(I)中純度為99.5%的石墨Ig加入由90ml濃硫酸(質量分數為98%)和25ml濃硝酸(質量分數為65%)組成的混合溶液中，將混合物置于冰水混合浴環境下進行攪拌20分鐘，再慢慢地往混合物中加入6g高錳酸鉀，攪拌I小時,接著將混合物加熱至85°C并保持30分鐘，之后加入92ml去離子水繼續在85°C下保持30分鐘，最后加入1ml過氧化氫溶液(質量分數30%)，攪拌10分鐘，對混合物進行抽濾，再依次分別用10ml稀鹽酸和150ml去離子水對固體物進行洗滌，共洗滌三次，最后固體物質在60°C真空烘箱中干燥12小時得到氧化石墨；
(3)氫氧化鈷/氧化石墨烯:將(2)中得到的氧化石墨分散在去離子水中，氧化石墨的溶度為0.5mg/ml，并加入一定量氫氧化鈷，氫氧化鈷的溶度為0.5mg/ml，用功率為500W的超聲機對混合液進行超聲，超聲3小時后，過濾，將固體產物置于溫度為60°C的真空烘箱中干燥12小時，得到氫氧化鈷/氧化石墨烯；
(4)四氧化三鈷-石墨烯復合材料:將(3)中制備的氫氧化鈷/氧化石墨烯置于氬氣(流速:300ml/分鐘)氛圍下，以25°C /分鐘的升溫速率將混合物的環境溫度升至700°C，保持0.5小時，然后在氬氣(流速:300ml/分鐘)氛圍下降至室溫，得到四氧化三鈷-石墨烯復合材料。
【主權項】
1.一種鋰電池所用石墨的加工方法，其特征在于，包括如下步驟: 將氧化石墨加入水中超聲分散，得到氧化石墨烯懸浮液； 向所述氧化石墨烯懸浮液中加入氫氧化鈷，超聲分散后過濾，得到氫氧化鈷與氧化石墨稀的混合物； 在保護性氣體氛圍下，將所述氫氧化鈷與氧化石墨烯的混合物升溫至450°c -700°C,并保溫0.5h-2h，冷卻得到四氧化三鈷-石墨烯復合材料。2.根據權利要求1所述的一種鋰電池所用石墨的加工方法，其特征在于，所述保護性氣體選自氮氣及氬氣中的至少一種。3.根據權利要求1所述的一種鋰電池所用石墨的加工方法，其特征在于，所述氧化石墨烯懸浮液中，所述氧化石墨烯的濃度為0.5mg/ml-lmg/mlo4.根據權利要求1所述的一種鋰電池所用石墨的加工方法，其特征在于，所述氧化石墨與所述氫氧化鈷的質量比為1:2-5:2。5.根據權利要求1所述的一種鋰電池所用石墨的加工方法，其特征在于，將所述氫氧化鈷與氧化石墨烯的混合物以15°C /min-25°C /min的升溫速率升溫至450°C _700°C。6.根據權利要求1所述的一種鋰電池所用石墨的加工方法，其特征在于，在制備石墨烯懸浮液的步驟之前還包括:制備氧化石墨，制備氧化石墨包括以下步驟: 將石墨加入濃硫酸和濃硝酸組成的混合酸液中形成混合液，將混合液的溫度保持在-2°C _2°C 攪拌 10min-30min ； 向混合液中加入高錳酸鉀，繼續將混合液的溫度保持在-2V -2°C攪拌Ih ； 將混合液升溫至80°C -90°C并保溫0.5h-2h ； 向混合液中加入去離子水，繼續在80°C -90°C保溫0.5h-2h ； 向混合液中加入過氧化氫除去高錳酸鉀，抽濾，洗滌固體物，干燥固體物后得到氧化石m O
【專利摘要】本發明公開了一種鋰電池所用石墨的加工方法，包括如下步驟：將氧化石墨加入水中超聲分散，得到氧化石墨烯懸浮液；向所述氧化石墨烯懸浮液中加入氫氧化鈷，超聲分散后過濾，得到氫氧化鈷與氧化石墨烯的混合物；及在保護性氣體氛圍下，將所述氫氧化鈷與氧化石墨烯的混合物升溫至450℃-700℃，并保溫0.5h-2h，冷卻得到四氧化三鈷-石墨烯復合材料，通過上述四氧化三鈷-石墨烯復合材料的制備方法制備的四氧化三鈷-石墨烯復合材料可以提高使用四氧化三鈷-石墨烯復合材料的鋰離子電池的倍率特性和循環性能。
【IPC分類】H01M4/583, H01M4/52
【公開號】CN104953120
【申請號】CN201410110456
【發明人】徐趙東
【申請人】徐趙東
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2014年3月24日