CN103693640A - 一种低温锂离子电池负极膨胀石墨 - Google Patents

一种低温锂离子电池负极膨胀石墨 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温锂离子电池负极膨胀石墨，其制备步骤如下：（1）将电池级粉体石墨与浓酸混合后磁力搅拌后，通过抽虑分离粉体，并对粉体洗涤，真空保温干燥；（2）干燥后的粉体与葡萄糖通过丙酮球磨后，真空保温干燥；（3）干燥后研磨，并在惰性气体中保温后冷却至室温；所述粉体石墨与浓酸的摩尔比为1：10～20，所述浓酸为浓硝酸或浓硫酸中的至少一种；所述丙酮球磨时，粉体与葡萄糖的质量比为1：0.125。本发明制备的微膨胀石墨容量可达400mAh/g，可以在-20℃正常工作，适应锂离子电池低温工作的要求。

Description

一种低温锂离子电池负极膨胀石墨
技术领域
本发明涉及一种微膨胀石墨负极材料，特别是涉及一种可应用于低温锂离子电池的膨胀石墨负极材料。
背景技术
石墨是目前锂离子电池通用的负极材料。石墨具有稳定的层状结构，层间距为
Figure BDA0000444260220000011
，该间距和锂离子的直径非常接近，故锂离子可以有顺序地插于石墨层间，实现负极的储锂能力。石墨的化学稳定性好，在用作锂离子电池负极时，基本不和电极材料以及锂离子发生副反应，在脱嵌过程中保持石墨层的稳定结构，故尔是一种非常安全的锂离子电池负极材料。石墨在进行电化学插锂时，在首次插锂时，由于外界施加的电压，会促进与电解液反应，形成稳定的SEI膜，这种膜能在后期的电池循环中保护石墨电极，并有效隔离了电解液，故不会在后期循环中在此损耗电池容量。石墨的成膜电位较容量实现电位高，故可以充分成膜后在进行插锂，而石墨的成膜消耗锂较少，对总体电池容量损失较少，因此是目前最成熟并广泛使用的负极材料。
然而石墨的层状结构也导致了其低温问题的出现，石墨在低温时层间距基本保持不变，而低温时的电解液中离子扩散能力已经下降了一个数量级，故原先的层间距对于锂离子已经无法很顺利插入，这使得石墨在低温时的插锂能力下降，严重影响了整体电池的低温充电能力。
目前通常采用在电解液中加入添加剂来改善电解液和石墨的界面，从而达到改善低温充电能力，但这种方法并不针对石墨低温插锂的固有问题，也不能有效的解决石墨的低温插锂问题，对整体电池的改善能力有限，不足以适应目前对锂离子电池提出的低温工作要求。
发明内容
本发明为了从根本上解决石墨低温插锂的问题，在不对石墨结构做很大改动的前提下，对石墨的层间距做略微膨胀，更有效地使锂离子在低温中插入石墨层间，实现负极的低温储锂需求。
本发明的目的是提供一种可用于低温锂离子电池的负极膨胀石墨。
本发明的实施方案如下：
一种低温锂离子电池负极膨胀石墨，其制备步骤如下：（1）将电池级粉体石墨与浓酸混合后磁力搅拌后，通过抽虑分离粉体，并对粉体洗涤，真空保温干燥；（2）干燥后的粉体与葡萄糖通过丙酮球磨后，真空保温干燥；（3）干燥后研磨，并在惰性气体中保温后冷却至室温；所述粉体石墨与浓酸的摩尔比为1：10～20，所述浓酸为浓硝酸或浓硫酸中的至少一种；所述丙酮球磨时，粉体与葡萄糖的质量比为1：0.125。
所述步骤（1）磁力搅拌的时间为1～12小时，控制转速在60r/min。
所述抽虑的压力为-0.1MPa。
所述对粉体洗涤使用的是蒸馏水，直到洗液PH=5为止。
所述洗涤后的粉体在80℃真空环境保温12小时使其充分干燥。
所述步骤（2）所述丙酮球磨的时间为3小时。
所述丙酮球磨后的样品在80℃真空环境保温12小时使其充分干燥。
所述步骤（3）中，研磨后，以10℃/min升温速率升温，在惰性气体中600～800℃保温2～10小时，冷却到室温，得到微膨胀石墨。
所述石墨可以是购买的锂离子电池负极材料，是电池级粉体。
所述的浓硝酸是纯度等于65%的分析纯试剂，浓硫酸是纯度等于98%的分析纯试剂。
所述的蒸馏水是二次蒸馏水。
所述的葡萄糖是纯度大于或者等于98%的分析纯粉体。
所述使用的球磨罐和球的材质均是玛瑙，使用的球磨介质高纯丙酮是纯度大于或者等于99.9%的分析纯溶剂。
所述升温速率是10℃/min，保护气氛氩气是纯度大于或者等于99.9%的高纯气体。
本发明的有益效果是，
得到的微膨胀石墨常温容量达到400mAh/g，能在-20℃正常工作，该方法制备的微膨胀石墨是锂离子动力电池理想的负极材料。
附图说明
图1是实施例1样品的常温0.1C充放电图。
图2是实施例1样品的-20℃0.1C充放电图。
具体实施方式
以下结合实施例对发明作详细说明。
实施例1:
称取2g商业石墨加入250mL烧杯115.31mL65%浓硝酸，磁力搅拌12小时，控制转速60r/min，将得到的浑浊液抽虑，抽虑压力为-0.1MPa，将得到的黑色粉体倒入250mL烧杯，加入150mL蒸馏水洗涤磁力搅拌15分钟，将所得浑浊液抽虑得到黑色粉末，重复上述步骤用蒸馏水洗涤直至洗液PH=5，将粉体在80℃真空环境保温12小时，将干燥后的粉体称取1g倒入50mL玛瑙球磨罐，加入0.1000g葡萄糖，控制球料比为15：1，倒入10mL高纯丙酮作为分散介质，以250r/min球磨12小时，将粘稠的料使用额外10mL高纯丙酮分散，倒入到培养皿中，80℃真空干燥12小时，将干燥后的样品研磨，装入陶瓷舟，以10℃/min升温速率升温，使用高纯氩作为保护气氛，在管式炉中600℃保温10小时，随炉冷却至室温，得到低温锂离子电池负极微膨胀石墨。
实施例2:
称取2g商业石墨加入500mL烧杯230.62mL65%浓硝酸，磁力搅拌1小时，控制转速60r/min，将得到的浑浊液抽虑，抽虑压力为-0.1MPa，将得到的黑色粉体倒入250mL烧杯，加入150mL蒸馏水洗涤磁力搅拌15分钟，将所得浑浊液抽虑得到黑色粉末，重复上述步骤用蒸馏水洗涤直至洗液PH=5，将粉体在80℃真空环境保温12小时，将干燥后的粉体称取1g倒入50mL玛瑙球磨罐，加入0.1500g葡萄糖，控制球料比为15：1，倒入10mL高纯丙酮作为分散介质，以250r/min球磨12小时，将粘稠的料使用额外10mL高纯丙酮分散，倒入到培养皿中，80℃真空干燥12小时，将干燥后的样品研磨，装入陶瓷舟，以10℃/min升温速率升温，使用高纯氩作为保护气氛，在管式炉中800℃保温2小时，随炉冷却至室温，得到低温锂离子电池负极微膨胀石墨。
实施例3:
称取2g商业石墨加入250mL烧杯115.31mL65%浓硝酸，45.29mL98%浓硫酸，磁力搅拌4小时，控制转速60r/min，将得到的浑浊液抽虑，抽虑压力为-0.1MPa，将得到的黑色粉体倒入250mL烧杯，加入150mL蒸馏水洗涤磁力搅拌15分钟，将所得浑浊液抽虑得到黑色粉末，重复上述步骤用蒸馏水洗涤直至洗液PH=5，将粉体在80℃真空环境保温12小时，将干燥后的粉体称取1g倒入50mL玛瑙球磨罐，加入0.1250g葡萄糖，控制球料比为15：1，倒入10mL高纯丙酮作为分散介质，以250r/min球磨12小时，将粘稠的料使用额外10mL高纯丙酮分散，倒入到培养皿中，80℃真空干燥12小时，将干燥后的样品研磨，装入陶瓷舟，以10℃/min升温速率升温，使用高纯氩作为保护气氛，在管式炉中700℃保温5小时，随炉冷却至室温，得到低温锂离子电池负极微膨胀石墨。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种低温锂离子电池负极膨胀石墨，其特征是，其制备步骤如下：（1）将电池级粉体石墨与浓酸混合后磁力搅拌后，通过抽虑分离粉体，并对粉体洗涤，真空保温干燥；（2）干燥后的粉体与葡萄糖通过丙酮球磨后，真空保温干燥；（3）干燥后研磨，并在惰性气体中保温后冷却至室温；所述粉体石墨与浓酸的摩尔比为1：10～20，所述浓酸为浓硝酸或浓硫酸中的至少一种；所述丙酮球磨时，粉体与葡萄糖的质量比为1：0.125。
2.如权利要求1所述的低温锂离子电池负极膨胀石墨，其特征是，所述步骤（1）磁力搅拌的时间为1～12小时，控制转速在60r/min。
3.如权利要求1所述的低温锂离子电池负极膨胀石墨，其特征是，所述步骤（1）所述抽虑的压力为-0.1MPa。
4.如权利要求1所述的低温锂离子电池负极膨胀石墨，其特征是，所述步骤（1）所述对粉体洗涤使用的是蒸馏水，直到洗液PH=5为止。
5.如权利要求1所述的低温锂离子电池负极膨胀石墨，其特征是，所述步骤（1）所述洗涤后的粉体在80℃真空环境保温12小时使其充分干燥。
6.如权利要求1所述的低温锂离子电池负极膨胀石墨，其特征是，所述步骤（2）所述丙酮球磨的时间为3小时。
7.如权利要求1所述的低温锂离子电池负极膨胀石墨，其特征是，所述步骤（2）所述丙酮球磨后的样品在80℃真空环境保温12小时使其充分干燥。
8.如权利要求1所述的低温锂离子电池负极膨胀石墨，其特征是，所述步骤（3）中，研磨后，以10℃/min升温速率升温，在惰性气体中600～800℃保温2～10小时，冷却到室温，得到膨胀石墨。
9.如权利要求1所述的低温锂离子电池负极膨胀石墨，其特征是，将2g石墨加入115.31mL65%浓硝酸，磁力搅拌12小时，控制转速60r/min，将得到的浑浊液抽虑，抽虑压力为-0.1MPa，将得到的粉体加入150mL蒸馏水洗涤磁力搅拌15分钟，将所得浑浊液抽虑得到粉末，用蒸馏水洗涤直至洗液PH=5，将粉体在80℃真空环境保温12小时，将干燥后的粉体称取1g倒入玛瑙球磨罐，加入0.1000g葡萄糖，控制球料比为15：1，倒入10mL高纯丙酮作为分散介质，以250r/min球磨12小时，再使用额外10mL高纯丙酮分散，80℃真空干燥12小时，将干燥后的样品研磨，以10℃/min升温速率升温，使用氩气作为保护气氛，在600℃保温10小时，冷却至室温，得到低温锂离子电池负极膨胀石墨。
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