[發明專利]石墨烯包覆等離子體改性中間相碳微球的制備方法

有效

• 申請號: 201711306133.1
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108117056B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 郭守武;姜振康;沈文卓
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01B32/184;H01M4/36;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種石墨烯包覆等離子體改性中間相碳微球的制備方法，利用等離子體對中間相碳微球進行改性，使其表面富含官能團，然后將氧化石墨烯和改性后的中間相碳微球按照5:1～1:100的質量比進行復合，熱還原后得到石墨烯/中間相碳微球復合材料。本發明制備得到的復合材料具有穩定的結構與優異的電化學性能，制備方法與其他方法相比，無雜質引入，操作簡單，過程清潔，有利于中間相碳微球的進一步商業化應用。

技術領域

本發明涉及的是一種鋰電池制造領域的技術，具體是一種石墨烯包覆等離子體改性中間相碳微球的制備方法。

背景技術

中間相碳微球是鋰離子電池發展的早期即獲得成功商業化應用的一種石墨類負極材料，至今在鋰離子電池負極材料中仍普遍應用。然而，隨著智能化電子產品的涌現，人們對進一步提高中間相碳微球的倍率性能和循環穩定性提出了更高的要求。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種石墨烯包覆等離子體改性中間相碳微球的制備方法，本發明操作簡單，無任何雜質引入，利用該方法制備的材料作為鋰離子電池負極時，有高的比容量，較好的倍率性能和循環性能，具有進一步商業化的應用前景。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種石墨烯包覆等離子體改性中間相碳微球的制備方法，通過對中間相碳微球進行等離子體改性處理，獲得表面富含官能團的中間相碳微球，然后將氧化石墨烯和改性后的中間相碳微球復合，熱還原后得到石墨烯/中間相碳微球復合材料。

所述的中間相碳微球是傳統商用碳球，其中：D10：3～5μm；D50：11～15μm；D90：20～30μm，固定碳含量≧99.95％。

所述的等離子體改性處理是在特定氣氛(氧氣、氬氣、氮氣)下，在等離子體設備中處理20s～2h。

所述的制備是指將中間相碳微球置于氧等離子體設備中處理，然后將氧化石墨烯水溶液與改性后中間相碳微球水溶液按照一定質量比混合攪拌1～5h，旋蒸，真空干燥12h，900℃退火(5％氫氬混合氣)1-5h。

所述的氧化石墨烯與中間相碳微球的質量比為5:1～1:100。

本發明涉及一種以中間相碳微球為負極的鋰離子電池，包括：負極、對電極、隔膜以及電解液。

所述的負極，以N-甲基吡咯烷酮(NMP)為溶劑，將處理后的中間相碳微球，導電炭黑和聚偏氟乙烯(PVDF)混合，攪拌均勻成泥漿狀涂覆于銅箔表面并干燥后制成，其中：N-甲基吡咯烷酮(NMP)、導電炭黑和聚偏氟乙烯(PVDF)的質量比優選為80:10:10。

所述的對電極采用金屬鋰。

所述的隔膜，采用微孔聚丙烯(Celgard2300)膜。

所述的電解液，由六氟磷酸鋰(LiPF₆)/碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)混合制成，其組分及含量優選為：1mol/L LiPF₆/EC+DEC+EMC以體積比為1:1:1混合。

所述的電池在充滿高純氬氣的手套箱內組裝得到。

技術效果

與現有技術相比，本發明中間相碳微球經過等離子體處理后，表面官能團數量明顯增多，有利于其和氧化石墨烯的復合，該方法操作簡單，無需引入任何雜質，無需使用額外的氧化劑，還原劑，表面活性劑等。

附圖說明

圖1為實例1中中間相碳微球的場發射掃描電子顯微鏡圖；

圖2為實例1石墨烯包覆等離子體改性中間相碳微球的場發射掃描電子顯微鏡圖；

圖3為中間相碳微球作為負極材料制備的模擬電池的充電放電曲線圖；