[發明專利]一種球形石墨負極材料表面改性的方法

有效

• 申請號: 201310154076.5
• 申請日: 2013-04-28
• 公開（公告）號: CN103303907A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 李克;廖健南;王東華
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;H01M4/587
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明屬于材料處理技術領域，涉及材料的表面處理方法。

背景技術

石墨材料存在導電性好，結晶度高，具有良好的層狀結構，適合鋰的嵌入-脫嵌，理論容量為372?mAh·g^-1，不可逆容量低，充放電效率在90%以上，是目前鋰離子電池應用最為廣泛的負極材料。但是，石墨自身包含的缺陷結構，導致其電化學性能不理想。尋求適當的改性處理，消除石墨結構缺陷，利于石墨的在鋰電池上的實際應用。例如，通過表面氧化處理能夠改變球形石墨的電子狀態，同時使石墨表面的氧含量增加，在除去活性高的缺陷結構的同時，使球形石墨的穩定性得到提高，氧化時形成的致密氧化層有利于鋰離子的插入和脫出，阻止了石墨結構的破壞，提高了循環性能。液相氧化法采用硫酸銨、硝酸、KClO₃等強氧化劑處理球形石墨表面，該工藝方便控制氧化程度，產品均勻性和穩定性好，適于工業化生產，但是采用酸性強氧化劑，帶來勞動環境較差、廢液排放污染環境等問題。氣相氧化法主要是利用空氣、氧氣、臭氧等為氧化劑，通過氣相-固相界面反應實現，其優勢是工藝簡單、無環境污染等，存在問題主要是氧化效率不高、工藝穩定性較差，不容易獲得均勻一致的表面氧化層。因此，有待開發出高效的氣相氧化技術和設備。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提出一種利用氧化性氣體對球形石墨負極材料進行表面氧化改性處理的方法，要解決的技術問題是通過氣相氧化消除球形石墨表面的缺陷結構，從而提高球形石墨材料的電化學性能。

本發明是通過以下技術方案實現的。

（1）預熱干燥：將粒度為4.0～48.0μm，比表面積為2.5～5.0m²/g，粉體壓實密度為1.65～2.05g/cm³的球形石墨粉置于干燥箱中，80～150℃預熱烘干30～60min。

（2）氣相氧化：將預熱后的石墨粉添加到氣相氧化裝置的氧化室中，開啟送氣泵持續通入流量為1～150L/min、預熱到400～600℃的氧化性氣體，使之與石墨粉充分混合10～120min；氧化反應完畢后關閉氧化裝置的通氣閥，靜置氣固混合物5～10min，待氧化球形石墨粉完全沉降后，開啟抽氣泵抽出石墨粉。

（3）超聲處理：將氧化處理的石墨粉與無水乙醇按50g/L的比例混合，在功率為400～800W的超聲清洗器中處理5～30min，使表面吸附的氧化殘余物分離到無水乙醇中。

（4）過濾分離：在離心過濾機中過濾分離乙醇溶液中的石墨粉，轉速600～2000r/min，時間10～30min。

（5）成品干燥：在鼓風干燥箱中60～80℃烘干30～60min，得到改性球形或類球形石墨成品。

本發明步驟（2）所述的氧化性氣體是空氣、氧氣、臭氧中的一種或兩種以上的混合氣體。

本發明利用全封閉、可連續處理的氣相氧化裝置對球形石墨粉進行表面氧化處理。

本發明的與現有技術相比，有如下技術優勢。

（1）采用超聲清洗技術，有效剝離球形石墨缺陷區域的氧化層。

（2）采用離心過濾分離技術，有效過濾分離球形石墨剝落的氧化層。

本發明的方法操作簡便，生產效率較高，能充分提升球形石墨材料的利用率，提高了球形石墨表面的氧化均勻性。氧化方法消除了球形石墨表面缺陷，提高石墨與電解液的相容性，提高循環壽命，并獲得納米多孔，提高負極材料的可逆容量。可推廣至各種氣相改性石墨材料，滿足工業化生產的需要。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的SEM圖。

圖2是本發明實施例2的SEM圖。

圖3是本發明實施例3的SEM圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。

實施例1。

將50g石墨置于100℃真空干燥箱預熱干燥40min，然后置于氣相氧化器中采用氣體流量150L/min、600℃參數氧化15min，靜置5min；超聲處理采用50g/L（石墨/乙醇）比例，800W超聲處理10min；再于轉速為2000r/min的離心過濾機，離心過濾10min。半成品置于80℃真空干燥箱30min即可為成品。

實施例2。