[發明專利]一種氧化石墨烯硅碳復合負極材料制備方法

有效

• 申請號: 202010035369.1
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111204754B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 魏健;張錦俊;閔潔;張培林;龐中海;武建軍;劉偉凱;紀永良;雷濤;張彥舉;呂星薄;霍有;徐保國;孟鵬
• 申請（專利權）人: 大同新成新材料股份有限公司
• 主分類號: C01B32/20
• 分類號: C01B32/20;C01B32/215;C01B32/198;C01B32/05;C01B33/02;C09C1/48;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 太原榮信德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14119
• 代理人: 楊凱;連慧敏

1.一種氧化石墨烯硅碳復合負極材料制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、碾磨：將粉料分別利用球磨機進行碾磨，碾磨時間為15-30h，速度為400-800r/min，并在50～100℃下干燥，其粒徑過篩進行篩分；

S2、混粉：將粉料混合均勻，采用濕混機械法，即粉料在混料機中以液體為介質進行混合；液態介質為乙醇；

S3、酸洗：將混粉料與酸性溶液混合，得到酸洗物，混粉料與酸性溶液的質量比為1：(3-5)，酸性溶液溶質質量分數為95％～98％；混合時間為20min～30min，氧化反應的溫度為室溫；所述酸性溶液為鹽酸溶液或硫酸溶液中的一種或兩種；

S4、插層：在上述酸洗物中加入氧化劑，進行氧化插層反應，形成氧化插層物；其中氧化劑為硝酸溶液，酸洗物與硝酸溶液的質量比為1:3～1:8，硝酸溶液中硝酸的質量分數為50％～70％；時間為70min～100min，插層反應的溫度小于70℃；

S5、水洗：上述氧化插層物進行水洗至pH值為6～7；

S6、膨脹：將上述水洗物在惰性氣體下采用石墨膨化爐進行制備；首先進料，通過進料口投入到爐膛中，進料口的溫度為室溫；其次膨脹，爐膛的膨脹溫度為700-1000℃；最后出料，出料口溫度為50℃，然后在出料口處收集得到膨脹石墨材料；溫度控制在±5℃；惰性氣體為氮氣和氬氣的混合氣體，所述氮氣和氬氣的體積比為95:5～90:10；

S7、一次石墨化提純：將經膨脹后物料在艾奇遜爐中，以2500～2800℃溫度進行石墨化處理192-240h，進行一次石墨化提純；

S8、包覆：將符合要求的上述一次提純料和包覆料中溫瀝青置于浸漬罐中，在250-650℃的溫度和壓力7-12KPa下進行浸漬8-15h，獲得混合材料；

S9、擠出：將混合材料經過螺桿擠出機中進行擠出所需顆粒；

S10、炭化：將擠出料置于密閉的爐中進行炭化，炭化時可通氮氣或氬氣；其升溫過程為：在120-370℃時，升溫速率為2.5℃/h、100h；在370-570℃時，升溫速率為3.5℃/h、57h；在570-870℃時，升溫速率為4℃/h、75h；在870-1200℃時，升溫速率為3℃/h、110h，停止焙燒后保持24h后自然降溫至室溫出爐；

S11、二次石墨化提純：將炭化后的混合材料置于石墨化爐中進行石墨化提純，時間為450-500小時，石墨化的最高溫度為2800-3200℃；

S12、脈沖：將最后提純后的材料經過激光脈沖加工成為所需粒徑。

2.根據權利要求1所述的一種氧化石墨烯硅碳復合負極材料制備方法，其特征在于：所述硅碳復合負極材料的粒度D₅₀為0.05-0.3μm，灰分≤0.10%，首次放電容量達360mAh/g以上，首次效率大于95%，壓實比達1.7g/cm³，循環壽命500次容量保持在88%以上。

3.根據權利要求1所述的一種氧化石墨烯硅碳復合負極材料制備方法，其特征在于：所述粉料為氧化石墨烯粉、單晶硅粉、瀝青焦粉、特種石墨粉、導電炭黑，包覆料為中溫煤瀝青。

4.根據權利要求1所述的一種氧化石墨烯硅碳復合負極材料制備方法，其特征在于：所述粉料氧化石墨烯粉的純度99.9%，粒徑為400目；所述粉料單晶硅粉粒徑為450目；所述粉料瀝青焦粉的真密度≥2.13/cm³，灰分≤0.25%、含硫量≤0.3%、揮發份≤0.5%；粒徑為500目；所述粉料特種石墨粉的體積密度為1.80g/cm³，電阻率≤8μΩm，抗折強度≥30Mpa，抗壓強度≥60Mpa，粒徑為550目；所述粉料導電炭黑的純度99%，粒徑為600目。

5.根據權利要求1所述的一種氧化石墨烯硅碳復合負極材料制備方法，其特征在于：所述包覆料中溫煤瀝青的軟化點為83-90℃，結焦值為≥48%,灰分≤0.20%，甲苯不溶物≤0.5%，喹啉不溶物≤0.20%，揮發份60-70%。