[發明專利]一種等離子體剝離石墨材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011288030.9
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112408383A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 李興月;王圓方;喬喬;平國政;高川;梁運輝
• 申請（專利權）人: 成都愛敏特新能源技術有限公司
• 主分類號: C01B32/225
• 分類號: C01B32/225;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 成都熠邦鼎立專利代理有限公司 51263
• 代理人: 李曉英

本發明涉及一種等離子體剝離石墨材料及其制備方法，該等離子體剝離石墨材料未片層結構；該制備方法，以氮氣、氬氣、氧氣、氦氣中的一種作反應氣體，采用等離子體對層狀石墨材料進行剝離處理。本發明不需要添加有機溶劑，不會對環境和設備造成損壞，并且等離子體可以在常溫或者低溫條件下實現，避免了高溫粉末團聚結塊的弊端，最主要的是本發明成本低，工藝簡單，耗時短，效果明顯。根據本發明方法制得的間距變大的石墨具有好的形貌和層間距，能夠滿足動力電池高容量、快速充放電、壽命長的要求，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及石墨類負極材料技術領域，尤其涉及一種等離子體剝離石墨材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池(LIB)憑借其高能量密度、高功率、長循環壽命、較高的工作電壓、放電平穩、寬工作溫度范圍、無記憶效應和安全性能較好等綜合優勢，在實現環保而高效的能量存儲及轉化方式方面顯得尤為重要。作為鋰離子電池的重要組成部分，負極自身的性能直接影響著整個電池體系的性能。石墨具有容量高、成本低、循環壽命長和安全無毒等優點，是目前最廣泛使用的鋰離子電池負極材料。

但是，石墨類材料多具有層狀結構或鱗片狀結構，石墨層間以較弱的范德華力結合，在大倍率充放電時，容易造成溶劑化鋰離子的嵌入和溶劑分子的共插入，層與層之間產生剝離而形成新的表面，有機電解液在新界面會形成新的SEI膜，既消耗大量鋰離子，造成不可逆容量損失變大，并也會引起循環體積膨脹，造成循環性能變差。

通過對石墨負極材料進行適當地改性可極大地提高其充電特性，例如造孔、表面包覆、氧化處理等方法。一般擴大石墨層間距的方法有化學氧化- 還原法剝離石墨層、溶劑熱法、液相剝離和電化學玻璃。其中，化學氧化- 還原法剝離在還原過程中使用的還原劑通常都為有毒溶劑，該過程產生的廢水會對環境造成污染；溶劑熱法直接剝離石墨效果很好，但是溶劑處理比較麻煩，增加了工藝復雜性；液相剝離，時間長，收率低，也會利用溶劑，對設備要求比較高，難量產化；電化學剝離，成本高。

發明內容

本發明為了解決上述技術問題提供一種等離子體剝離石墨材料及其制備方法。

本發明通過下述技術方案實現：

一種等離子體剝離石墨材料，它為片層結構。

上述等離子體剝離石墨材料的制備方法，采用等離子體對層狀石墨材料進行剝離處理。

進一步的，所述制備方法以氮氣、氬氣、氧氣、氦氣中的一種作反應氣體。

其中，所述制備方法采用頻射等離子體，或介質阻擋放電等離子體，或等離子體球磨的方法對層狀石墨進行剝離。

進一步的，頻射等離子體剝離法具體為：等離子體總氣壓維持在10^-2Pa 以下，溫度保持在298K-703K，開起射頻等離子體對層狀石墨進行處理；

其中，射頻等離子體的輸出功率為50W-300W，處理時間15min-240min。

優選地，所述射頻等離子體法的處理時間為15min-180min。

進一步的，介質阻擋放電等離子體法具體為：等離子體總氣壓維持在 10^-2Pa以下，溫度保持在298K-373K，開起介質阻擋放電等離子體對所述層狀石墨進行處理；

其中，介質阻擋放電等離子體的輸出功率為50W-300W，處理時間 1min-300min。

優選地，介質阻擋放電等離子體法的處理時間為1min-180min。

或者，介質阻擋放電等離子體法的處理時間為15min-300min。