[發(fā)明專利]一種用于鋰離子電池的納米氧化鐵顆粒/膨脹微晶石墨復合材料的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711044838.0
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107799752A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設計）人: 李麗萍;林前鋒
• 申請（專利權）人: 湖南國盛石墨科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 任重,單香杰

技術領域

本發(fā)明屬于材料制備技術領域，更具體的，涉及一種用于鋰離子電池的納米氧化鐵顆粒/膨脹微晶石墨復合材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于高的輸出電壓和能量密度、良好的循環(huán)穩(wěn)定性以及環(huán)境友好等優(yōu)點，已經作為各種電子產品的動力來源而占領絕大多數(shù)的消費類電子產品市場，近年來，隨著電子產品快速的更新?lián)Q代以及電動車市場的不斷發(fā)展，要求鋰離子電池具有更輕的質量、更小的體積以及更高的功率密度。

膨脹石墨作為一類成本極為低廉的石墨層間化合物（GIC），由于具有豐富的多尺度孔隙結構，較大的比表面積，優(yōu)良的熱電傳導性能，良好的化學穩(wěn)定性等優(yōu)點，而被認為是一類極具潛力的可大規(guī)模應用于鋰離子電池負極的載體材料。

當前納米顆粒/膨脹石墨復合材料的制備大多數(shù)涉及溶液過程，而膨脹石墨在經歷溶液浸漬-烘干過程之后結構會發(fā)生明顯的改變，從而影響了其載體特性的發(fā)揮，而報告的一些非溶液途徑的制備方法，如高能球磨、干混等僅能實現(xiàn)物理結合，難以保證納米顆粒與膨脹石墨的緊密結合以及均勻分撒。

同時，目前采用天然石墨為原料制備膨脹石墨材料的技術中所使用的原料一般為晶質大鱗片石墨，鱗片石墨雖然集體取向性好，但是在電池材料的應用中需要取向性差，均勻性好的石墨材料，微晶石墨顆粒細小，集合體取向性差，均質性好，微晶石墨可代替鱗片石墨作為制備電性能更好的膨脹石墨的原料，雖然充電比容量稍低，但是充電效率、電池穩(wěn)定性和循環(huán)性能都能大大提高，但是，因為微晶石墨的膨脹效果不好，膨脹微晶石墨與納米顆粒的復合材料電學性能大打折扣，現(xiàn)有技術使用膨脹微晶石墨制備得到納米顆粒/膨脹石墨復合材料并沒有達到其應有的優(yōu)異電學性能，如何提高微晶石墨的膨化效果以及膨脹微晶石墨與納米顆粒材料的復合效果是當前急需研究的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種用于鋰離子電池的納米氧化鐵顆粒/膨脹微晶石墨復合材料的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于鋰離子電池的納米氧化鐵顆粒/膨脹微晶石墨復合材料。

本發(fā)明還有一目的在于提供納米氧化鐵顆粒/膨脹微晶石墨復合材料作為鋰離子電池負極材料的應用。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案予以實現(xiàn)：

一種用于鋰離子電池的納米氧化鐵顆粒/膨脹微晶石墨復合材料的制備方法，是以微晶石墨為原料，進行第一次化學插層處理，然后對插層處理后的產物進行過濾、洗滌和干燥，得一次可膨脹微晶石墨，800℃下在石墨膨脹爐內對所得可膨脹微晶石墨采用高溫膨脹法進行膨化得一次膨脹微晶石墨；然后以一次膨脹微晶石墨和二茂鐵為原料，一次膨脹微晶石墨與二茂鐵按質量比1:2~10的比例混合球磨，然后900℃下在石墨膨脹爐內對球磨混合料采用高溫膨脹法進行第二次膨化得納米氧化鐵顆粒/膨脹微晶石墨復合材料。

本發(fā)明創(chuàng)造性的使用微晶石墨為原料，先進行化學插層，然后采用一次預膨脹處理，擴大微晶石墨間隙，然后以膨脹之后的膨脹微晶石墨和二茂鐵為原料，先進行混合球磨，然后進行二次膨脹處理，在第二次膨脹處理過程中，膨脹微晶石墨再次膨化，增大微晶石墨的膨脹倍數(shù)，在膨化的同時，二茂鐵升華分解，在膨化空間中氣相彌散到膨脹石墨表面，實現(xiàn)納米氧化鐵顆粒在膨脹微晶石墨表面的均勻分散，且與膨脹石墨的結合緊密，分散均勻。

優(yōu)選地，所述微晶石墨為郴州市魯塘石墨粉，其碳含量為70~80%。

本發(fā)明中納米氧化鐵顆粒/膨脹微晶石墨復合材料的制備方法，包括石墨膨脹爐，采用高溫膨脹法，具體包括以下步驟：

S1.取微晶石墨原料，破碎粉磨，至粒度為300~400目的微晶石墨粉；

S2.將步驟S1所得微晶石墨粉與質量分數(shù)70%的高氯酸和化學純的高錳酸鉀置于反應裝置內進行第一次化學插層處理，得到可膨脹微晶石墨酸性懸浮液，對所得可膨脹微晶石墨酸性懸浮液過濾，保留濾液備用，然后將過濾物進行洗滌、干燥，得一次可膨脹微晶石墨；

S3.將步驟S2所得一次可膨脹微晶石墨置于石墨膨脹爐中，在800℃下進行第一次高溫膨脹，得到一次膨脹微晶石墨；

S4.將步驟S3所得一次膨脹微晶石墨與二茂鐵按質量比1:2~10的比例混合置于球磨機中球磨混合；

S5.將步驟S4所得球磨后的混合料置于石墨膨脹爐中，在900℃下進行第二次高溫膨脹，得到納米氧化鐵顆粒/膨脹微晶石墨復合材料。

步驟S2中所述過濾所用的濾膜最大孔徑為30μm；所述洗滌指對過濾渣用10%鹽酸洗滌3~5次，再用去離子水洗滌至7左右；所述干燥指在60~80℃條件下干燥2h。