一种三维多孔石墨筛及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三维多孔石墨筛及其制备方法，该制备方法包括两步：第一步，将矿物油粉末和活化剂进行混合处理，获得混合物，所述矿物油与活化剂的质量比例为1:(0.5～4)；其中，将混合物进行高温碳化处理，获得多孔碳前驱体；其中高温范围为500

【技术实现步骤摘要】
一种三维多孔石墨筛及其制备方法


[0001]本专利技术属于碳材料制备
，涉及石墨材料及电池负极领域，特别涉及一种三维多孔石墨筛及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池广泛应用于电动汽车以及便携工具等日常生活中的方方面面。其中石墨作为锂离子电池的负极材料，因为其导电性能好，放电平台低等优点，一直以来倍受关注。近年来，随着电动汽车的发展对锂离子电池的倍率性能要求不断提高。普通的石墨材料因为倍率性能较差，难以满足电池发展的需求。
[0003]目前对于石墨倍率性能改进的专利很多，包括表面包覆和扩大石墨层间距等方法。如专利CN107946576A公开的方法，使用树脂、钝化锂粉等对石墨进行硬碳包覆。该方法成本较高，且步骤复杂，不适宜工业生产；专利CN108821275A公开的方法，使用沥青、焦油等为原料，通过交联、石墨化等处理得到高层间距的石墨。该方法制备的高层间距石墨对倍率性能的改进有限。进一步，常用的增大石墨层间距的方法为氧化、热处理等方法，对倍率性能的改进都较为有限。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种三维多孔石墨筛及其制备方法，以解决上述存在的倍率问题。本专利技术的制备方法中，首先将矿物油和活化剂的混合物在惰性气体氛围中加热制备碳前驱体，经过清洗干燥后得到三维多孔碳筛，然后再将碳筛与催化剂混合，在惰性气体氛围下高温石墨化为多孔石墨筛。本专利技术的方法，通过碳化
‑
石墨化两步法制备多孔石墨筛，碳化过程得到多孔的碳结构，将多孔碳前驱体进一步石墨化为石墨筛。通过简单的两步法得到多孔石墨筛，该石墨筛应用在锂离子电池负极领域，能够得到优异的倍率性能。
[0005]本专利技术采用以下技术方案来实现的：
[0006]一种三维多孔石墨筛的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将干燥的矿物油粉末和活化剂进行混合处理，获得混合物A，所述矿物油与活化剂的质量比例为1:(0.5～4)；
[0008]将混合物A进行高温碳化处理，获得产物；其中高温范围为500
‑
900℃；
[0009]碳化后的产物经过清洗、干燥后得到矿物油基三维多孔碳筛；
[0010]将多孔碳筛与催化剂进行混合，获得混合物B，所述多孔碳筛与催化剂的质量比例为1：(0～0.1)；
[0011]将混合物B进行高温石墨化处理，获得多孔石墨筛，其中高温范围为2000
‑
3000℃。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，获得的三维多孔石墨筛为三维交联通孔结构石墨筛，该石墨筛具有互相交联的大孔及沟壑。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，所述矿物油为重质煤焦油、沥青、重油和石蜡中的一种或多种。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，所述活化剂为草酸锌、碳酸锌、碳酸氢钠、碳酸氢钾和碳酸钙中的一种或两种。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，所述催化剂为氧化硼、硼酸、碳化硼和碳化硅中的一种或两种。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，所述高温碳化处理过程具体包括：
[0017]升温速度为1
‑
10℃/min，自室温升温至500
‑
900℃，保温时间为1
‑
5h。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，高温碳化处理过程在氩气或氮气气体氛围下完成。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，所述碳化后的产物进行清洗的过程中，清洗的步骤包括：
[0020]将所述碳化后的产物在去离子水中浸泡12h以上；
[0021]过滤获得初次清洗产物，然后将产物使用去离子水多次浸泡和过滤，重复三次以上。
[0022]本专利技术进一步的改进在于，所述高温石墨化处理过程具体包括：
[0023]升温速度为10
‑
35℃/min，自室温升温至2000
‑
3000℃，保温时间为1
‑
5h。
[0024]所述的制备方法获得的三维多孔石墨筛。
[0025]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：
[0026]本专利技术提供的一种三维多孔石墨筛的制备方法，该制备方法选用矿物质油为原料，廉价易得。通过两步法制备多孔石墨筛，第一步制备了多孔碳筛；第二步通过将多孔碳筛石墨化后得到了多孔形貌的石墨筛。该石墨筛应用在锂离子电池负极领域能够得到优异的倍率性能，经过半电池测试，即使在电流密度为10C(1C＝372mA/g)时，电极的比容量也可以达到160mAh g
‑1，远超目前市场流行的锂离子电池负极材料。
附图说明
[0027]为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍；显然，下面描述中的附图是本专利技术中的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是本专利技术实施例1，2所制备的三维多孔石墨筛的扫描电镜(SEM)照片。图1a为50k倍率下实施例1制备的石墨筛扫描照片，图1b为50k倍率下实施例2制备的石墨筛扫描照片
[0029]图2是本专利技术实施例1、2、所制备的三维多孔石墨筛X射线衍射图谱(XRD)。
[0030]图3是本专利技术实施例1所制备的三维多孔石墨筛的比表面积(BET)吸附脱附曲线。
[0031]图4是本专利技术实施例1所制备的三维多孔石墨筛的比表面积(BET)孔径分布曲线。
[0032]图5是本专利技术实施例3、4所制备的锂离子电池在不同电流密度下的电化学性能图(倍率性能)。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例
是本专利技术一部分实施例。基于本专利技术公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本专利技术保护的范围。
[0034]本专利技术实施例中的一种三维多孔石墨筛的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：
[0035]将适量的矿物油粉末和活化剂充分研磨混合均匀。
[0036]在惰性气氛下，将获得的混合物高温碳化处理；示例性优选的，在惰性气体分为下，以预定升温速度升温至预设温度，保温。将获得的混合物高温处理时，可采用通气管式炉。可通气管式炉的升温速度为3℃～5℃/min，保温时间为2～4h，最高温度为500～900℃，在自然条件下降至室温。
[0037]最后经过清洗、干燥，得到三维多孔碳前驱体。
[0038]示例性优选的，所述矿物油包括：沥青、重质煤焦油、重油和石蜡等的一种或多种。
[0039]示例性优选的，所述活化剂为草酸锌、碳酸锌、碳酸氢钠、碳酸氢钾和碳酸钙中的一种和二种的混合物。
[0040]示例性优选的，清洗时，使用去离子水多次清洗。干燥时，使用鼓风干燥，干燥温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维多孔石墨筛的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将干燥的矿物油粉末和活化剂进行混合处理，获得混合物A，所述矿物油与活化剂的质量比例为1:(0.5～4)；将混合物A进行高温碳化处理，获得产物；其中高温范围为500
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900℃；碳化后的产物经过清洗、干燥后得到矿物油基三维多孔碳筛；将多孔碳筛与催化剂进行混合，获得混合物B，所述多孔碳筛与催化剂的质量比例为1：(0～0.1)；将混合物B进行高温石墨化处理，获得多孔石墨筛，其中高温范围为2000
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3000℃。2.根据权利要求1所述的一种三维多孔石墨筛的制备方法，其特征在于，获得的三维多孔石墨筛为三维交联通孔结构石墨筛，该石墨筛具有互相交联的大孔及沟壑。3.根据权利要求1所述的一种三维多孔石墨筛的制备方法，其特征在于，所述矿物油为重质煤焦油、沥青、重油和石蜡中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种三维多孔石墨筛的制备方法，其特征在于，所述活化剂为草酸锌、碳酸锌、碳酸氢钠、碳酸氢钾和碳酸钙中的一种或两种。5.根据权利要求1所述的一种三维多孔石墨筛的制备方法，其特征在于，所述催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈元振，乔祎德，柳永宁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：