一種石墨化碳負(fù)極材料制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種石墨化碳負(fù)極材料制備方法，包括以下步驟：1)將脂肪酸在氮氣氣氛中、600?800℃的溫度下煅燒6?8h，冷卻后得到無定形碳；2)將無定形碳在氮氣氣氛中、2500?2800℃的溫度下煅燒4?6h，冷卻后得到石墨化碳；3)將石墨化碳與一定量的含氮聚合物分散于無水乙醇中，混合均勻后進(jìn)行噴霧成球，然后經(jīng)旋風(fēng)分離器收集前驅(qū)體；4)將前驅(qū)體在氮氣氣氛中、800?1000℃的溫度下碳化2?4h，冷卻后獲得多孔石墨化碳；5)將多孔石墨化碳與一定量的蔗糖分散于去離子水中，混合均勻后置于120?150℃的溫度下鼓風(fēng)干燥；干燥后在氮氣氣氛中，800?1000℃的溫度下碳化2?3h，冷卻后得到氮摻雜碳包覆多孔石墨化碳。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種石墨化碳負(fù)極材料制備方法
本專利技術(shù)涉及鋰離子電池
，尤其涉及一種石墨化碳負(fù)極材料制備方法。
技術(shù)介紹
碳/石墨材料具有較高的理論比能量，且價廉易得、制備工藝成熟，因而廣泛用作鋰離子電池負(fù)極材料。但是碳/石墨負(fù)極存在以下缺陷：(1)首次充電會在碳顆粒表面形成固體電解質(zhì)膜(SEI)造成電池容量損失，且SEI膜生成量隨充放電循環(huán)次數(shù)的增加而增加，同時電池內(nèi)阻抗加大，比能量和功率性能降低；(2)高倍率快速充電時在碳顆粒表面易生成鋰鍍層，甚至形成鋰枝晶引發(fā)電池安全性問題，并且由于碳顆粒表面存在SEI膜等原因，其電子移動、鋰離子擴散阻力較大致使電池溫度升高太快，易接近或超過電池隔膜的熔化溫度造成操作惡化，抗極端溫度和抗濫用等性能有待提高；(3)鋰離子電池實際使用并非恒溫過程，經(jīng)過變溫條件下反復(fù)充放電循環(huán)，客居鋰離子插入或脫嵌對宿主電極結(jié)構(gòu)引起的膨脹或收縮會使電極結(jié)構(gòu)逐漸受到損壞，對電池長期循環(huán)穩(wěn)定性和壽命影響較大。因此，探索更安全、長循環(huán)壽命、高比能、高比功率、適用溫度范圍寬、抗濫用性能好的新型碳/石墨負(fù)極材料成為改進(jìn)和發(fā)展鋰離子動力電池的必然趨勢。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種用于鋰離子電池并提高電池性能的石墨化碳負(fù)極材料制備方法。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供一種石墨化碳負(fù)極材料制備方法，包括以下步驟：1)將脂肪酸在氮氣氣氛中、600-800℃的溫度下煅燒6-8h，冷卻后得到無定形碳；2)將步驟1)獲得的無定形碳在氮氣氣氛中、2500-2800℃的溫度下煅燒4-6h，冷卻后得到石墨化碳；3)將步驟2)獲得的石墨化碳與一定量的含氮聚合物分散于無水乙醇中，混合均勻后進(jìn)行噴霧成球形成前驅(qū)體，然后經(jīng)旋風(fēng)分離器收集前驅(qū)體；4)將步驟3)獲得的前驅(qū)體在氮氣氣氛中、800-1000℃的溫度下碳化2-4h，冷卻后獲得多孔石墨化碳；5)將步驟4)獲得的多孔石墨化碳與一定量的蔗糖分散于去離子水中，混合均勻后置于120-150℃的溫度下鼓風(fēng)干燥；干燥后在氮氣氣氛中，800-1000℃的溫度下碳化2-3h，冷卻后得到氮摻雜碳包覆多孔石墨化碳。在一個優(yōu)選實施方式中，所述脂肪酸為硬脂酸、月桂酸或肉豆蔻酸。在一個優(yōu)選實施方式中，所述含氮聚合物為聚吡咯、聚苯胺、殼聚糖或聚酰亞胺。在一個優(yōu)選實施方式中，步驟3)中，所述石墨化碳與含氮聚合物的質(zhì)量比為(1-5)：(1-2)。在一個優(yōu)選實施方式中，步驟3)中，所述石墨化碳與含氮聚合物加入無水乙醇中，首先超聲分散0.5-1h，然后磁力攪拌2-4h，形成均一的漿液后噴霧成球。在一個優(yōu)選實施方式中，步驟3)中，噴霧成球入口溫度為180-200℃，出口溫度為110-150℃。在一個優(yōu)選實施方式中，步驟5)中，所述多孔石墨化碳與所述蔗糖的質(zhì)量比為(8-12)：(1-3)。在一個優(yōu)選實施方式中，步驟5)中，所述多孔石墨化碳與蔗糖加入去離子水中，首先超聲分散0.5h，然后磁力攪拌1-2h。在一個優(yōu)選實施方式中，所述蔗糖可由葡萄糖或檸檬酸替代。本專利技術(shù)提供的石墨化碳負(fù)極材料制備方法中采用脂肪酸作為碳源，經(jīng)高溫碳化、退火處理后制備石墨化碳材料；再將石墨化碳經(jīng)研磨后進(jìn)行二次造粒，以含氮聚合物為粘結(jié)劑，通過噴霧成球和碳化，制備球形顆粒，其中，采用含氮聚合物作粘結(jié)劑，在內(nèi)部形成多孔結(jié)構(gòu)，熱解生成氮摻雜硬碳，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，且硬碳經(jīng)氮摻雜后，氮原子上的孤對電子，提高電池材料的電子密度和電子導(dǎo)電性，同時達(dá)到包覆的目的。進(jìn)一步地，石墨化碳材料經(jīng)二次造粒和包覆后，形成多孔石墨化碳，有利于縮短鋰離子在材料內(nèi)部的遷移距離，為鋰離子擴散提供更多的遷移通道；然而，經(jīng)造粒后，依然存在表面粗糙、比表面積大、振實密度低等缺陷，用作鋰電池負(fù)極材料存在電池容量、首效低的缺點，為克服以上缺陷，將多孔石墨化碳進(jìn)行二次包覆處理，利用成本低廉的蔗糖等原料，在材料表面再次包覆氮摻雜無定形碳，得到表面光滑的氮摻雜碳包覆多孔石墨化碳，其外觀呈規(guī)則的球形，振實密度大，可減少副反應(yīng)，有利于提高電池容量，避免石墨結(jié)構(gòu)的各向異性，提升電池低溫充電性能?！靖綀D說明】圖1為本專利技術(shù)提供的石墨化碳負(fù)極材料制備方法由實施例1制備的產(chǎn)品SEM圖。圖2為實施例1制備的氮摻雜碳包覆多孔石墨化碳的TEM圖。圖3為實施例1制備的氮摻雜碳包覆多孔石墨化碳的XRD圖譜。圖4為分別以實施例1制備的氮摻雜碳包覆多孔石墨化碳及傳統(tǒng)石墨為負(fù)極的鋰離子電池的充電性能。圖5為分別以實施例1制備的氮摻雜碳包覆多孔石墨化碳及傳統(tǒng)石墨為負(fù)極的鋰離子電池的循環(huán)性能?！揪唧w實施方式】為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和有益技術(shù)效果更加清晰明白，以下結(jié)合附圖和具體實施方式，對本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書中描述的具體實施方式僅僅是為了解釋本專利技術(shù)，并不是為了限定本專利技術(shù)。本專利技術(shù)提供一種石墨化碳負(fù)極材料制備方法，包括以下步驟：1)將脂肪酸在氮氣氣氛中、600-800℃的溫度下煅燒6-8h，冷卻后得到無定形碳；2)將步驟1)獲得的無定形碳在氮氣氣氛中、2500-2800℃的溫度下煅燒4-6h，冷卻后得到石墨化碳；3)將步驟2)獲得的石墨化碳與一定量的含氮聚合物分散于無水乙醇中，混合均勻后進(jìn)行噴霧成球形成前驅(qū)體，然后經(jīng)旋風(fēng)分離器收集前驅(qū)體；4)將步驟3)獲得的前驅(qū)體在氮氣氣氛中、800-1000℃的溫度下碳化2-4h，冷卻后獲得多孔石墨化碳；5)將步驟4)獲得的多孔石墨化碳與一定量的蔗糖分散于去離子水中，混合均勻后置于120-150℃的溫度下鼓風(fēng)干燥；干燥后在氮氣氣氛中，800-1000℃的溫度下碳化2-3h，冷卻后得到氮摻雜碳包覆多孔石墨化碳，所述氮摻雜碳包覆多孔石墨化碳即本專利技術(shù)所指石墨化碳負(fù)極材料。具體地，所述脂肪酸可以是硬脂酸、月桂酸或肉豆蔻酸；所述含氮聚合物可以是聚吡咯、聚苯胺、殼聚糖或聚酰亞胺；所述蔗糖可由葡萄糖或檸檬酸替代。進(jìn)一步地，所述石墨化碳與含氮聚合物的質(zhì)量比為(1-5)：(1-2)，且所述石墨化碳與含氮聚合物加入無水乙醇中，首先超聲分散0.5-1h，然后磁力攪拌2-4h，形成均一的漿液后噴霧成球。具體地，噴霧成球入口溫度為180-200℃，出口溫度為110-150℃。進(jìn)一步地，所述多孔石墨化碳與所述蔗糖的質(zhì)量比為(8-12)：(1-3)，且所述多孔石墨化碳與蔗糖加入去離子水中，首先超聲分散0.5h，然后磁力攪拌1-2h。實施例1稱取8.5g月桂酸放入管式爐內(nèi)，在氮氣氣氛中、600℃的溫度下煅燒8h，冷卻后得到無定形碳；再將無定形碳在氮氣氣氛中、2500℃的溫度下煅燒6h，自然冷卻至室溫得到石墨化碳；然后將石墨化碳與聚吡咯按照1:1的質(zhì)量比分散于無水乙醇中，經(jīng)過0.5h的超聲分散及2h的磁力攪拌后噴霧成球，其中，噴霧成球入口溫度為190℃左右，出口溫度為130℃左右，然后經(jīng)旋風(fēng)分離器收集前驅(qū)體；接下來將前驅(qū)體在氮氣氣氛中、800℃的溫度下碳化4h，冷卻后獲得多孔石墨化碳；最后將4g的多孔石墨化碳與1g的蔗糖分散于50mL去離子水中，經(jīng)過0.5h的超聲分散及1h的磁力攪拌后轉(zhuǎn)移至表面皿中，并放置于130℃的鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥；干燥后的混合物轉(zhuǎn)移至管式爐內(nèi)，在氮氣氣氛中，800℃的溫度下碳化3h，冷卻至室溫后將產(chǎn)物取出，即可得到氮摻雜碳包覆多孔石墨化碳。實施例2稱取9.本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種石墨化碳負(fù)極材料制備方法，其特征在于：包括以下步驟：1)將脂肪酸在氮氣氣氛中、600?800℃的溫度下煅燒6?8h，冷卻后得到無定形碳；2)將步驟1)獲得的無定形碳在氮氣氣氛中、2500?2800℃的溫度下煅燒4?6h，冷卻后得到石墨化碳；3)將步驟2)獲得的石墨化碳與一定量的含氮聚合物分散于無水乙醇中，混合均勻后進(jìn)行噴霧成球形成前驅(qū)體，然后經(jīng)旋風(fēng)分離器收集前驅(qū)體；4)將步驟3)獲得的前驅(qū)體在氮氣氣氛中、800?1000℃的溫度下碳化2?4h，冷卻后獲得多孔石墨化碳；5)將步驟4)獲得的多孔石墨化碳與一定量的蔗糖分散于去離子水中，混合均勻后置于120?150℃的溫度下鼓風(fēng)干燥；干燥后在氮氣氣氛中，800?1000℃的溫度下碳化2?3h，冷卻后得到氮摻雜碳包覆多孔石墨化碳。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種石墨化碳負(fù)極材料制備方法，其特征在于：包括以下步驟：1)將脂肪酸在氮氣氣氛中、600-800℃的溫度下煅燒6-8h，冷卻后得到無定形碳；2)將步驟1)獲得的無定形碳在氮氣氣氛中、2500-2800℃的溫度下煅燒4-6h，冷卻后得到石墨化碳；3)將步驟2)獲得的石墨化碳與一定量的含氮聚合物分散于無水乙醇中，混合均勻后進(jìn)行噴霧成球形成前驅(qū)體，然后經(jīng)旋風(fēng)分離器收集前驅(qū)體；4)將步驟3)獲得的前驅(qū)體在氮氣氣氛中、800-1000℃的溫度下碳化2-4h，冷卻后獲得多孔石墨化碳；5)將步驟4)獲得的多孔石墨化碳與一定量的蔗糖分散于去離子水中，混合均勻后置于120-150℃的溫度下鼓風(fēng)干燥；干燥后在氮氣氣氛中，800-1000℃的溫度下碳化2-3h，冷卻后得到氮摻雜碳包覆多孔石墨化碳。2.如權(quán)利要求1所述的石墨化碳負(fù)極材料制備方法，其特征在于：所述脂肪酸為硬脂酸、月桂酸或肉豆蔻酸。3.如權(quán)利要求1所述的石墨化碳負(fù)極材料制備方法，其特征在于：所述含氮聚合物為聚...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：伍偉，焦奇方，楊泛明，
申請(專利權(quán))人：深圳市沃特瑪電池有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東,44