System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种锂离子电池用改性石墨电极材料及其制备方法技术_技高网

一种锂离子电池用改性石墨电极材料及其制备方法技术

技术编号:41258087 阅读:4 留言:0更新日期:2024-05-11 09:17
本发明专利技术涉及锂离子电池领域,公开了一种锂离子电池用改性石墨电极材料的制备方法,包括以下步骤:取石墨加入复合填料,置于10‑50MPa压力下搅拌25‑60min,加入沥青在150‑180℃下搅拌混合,然后在惰性气体保护下升温至400‑600℃,恒温3‑5h,冷却至室温后破碎过筛,制备得到复合石墨材料;取酚醛树脂加入四氢呋喃溶解,加入复合石墨材料搅拌混合并进行超声分散,在45‑60℃下减压脱除有机溶剂后烘干,置于管式炉中加热到450‑600℃,氮气气氛下处理25‑40min,升温至600‑850℃,恒温90‑120min,制备得到改性石墨电极材料,本发明专利技术通过在石墨中添加复合填料,加压条件下混合,利用沥青作为粘合剂,并以酚醛树脂作为二次包覆的碳源,提升电池的容量性能、倍率性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池,具体涉及一种锂离子电池用改性石墨电极材料及其制备方法


技术介绍

1、锂离子电池是一种可循环使用的储能设备,与铅酸、镍铬及镍氢电池相比,其具有比容量高、功率密度高、无记忆效应及环境友好等优势,因此被广泛应用于在各类笔记本电脑、移动电话、数码摄像机、便携式电子产品及电动汽车与储能设备等。但随着社会不断地发展,需要锂离子电池具有更高的比容量,更好的安全性能和更快的充放电速率,为了实现这些目标,研究人员从电池组成的各个模块出发,主要包括正负极材料、电解液、隔膜和组装技术。其中改进提高负极材料的性能是科研人员进行的重要工作之一。

2、目前,由于高的电子电导率、低成本、相对较长的循环寿命以及原料易得等优势,石墨仍是锂离子电池负极的主要材料,但石墨缺点明显,其较差的倍率性能和循环性能导致其不能适应设备对日益增长的快速充放的需求,因此,对石墨负极进行优化改性以提高锂离子电池性能,对于拓展锂离子电池的规模化市场应用尤为重要。


技术实现思路

1、为解决上述
技术介绍
中提到的不足,本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池用改性石墨电极材料及其制备方法,通过在石墨中添加复合填料,加压条件下混合,利用沥青作为粘合剂,并以酚醛树脂作为二次包覆的碳源,提升电池的容量性能、倍率性能和循环性能。

2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现:

3、一种锂离子电池用改性石墨电极材料的制备方法,包括以下步骤:

4、s1、取石墨加入复合填料,置于10-50mpa压力下搅拌混合25-60min,加入沥青在150-180℃下搅拌混合,然后在惰性气体保护下,升温至400-600℃,恒温3-5h,冷却至室温后破碎过筛,制备得到复合石墨材料;

5、s2、取酚醛树脂加入四氢呋喃溶解,然后加入复合石墨材料搅拌混合并进行超声分散,利用旋转蒸发仪在45-60℃下减压脱除有机溶剂后烘干,然后置于管式炉中加热到450-600℃,氮气气氛下处理25-40min,然后升温至600-850℃,恒温90-120min,制备得到改性石墨电极材料;

6、所述复合填料为钴锌双金属有机框架/改性氧化石墨烯复合填料,所述改性氧化石墨烯为还原氧化石墨烯/聚乙烯二氧噻吩改性氧化石墨烯。

7、优选地,所述石墨为人造石墨,所述石墨的d50粒径为10-20μm。

8、优选地,所述沥青为煤沥青。

9、优选地,所述步骤s1中石墨、复合填料、沥青的质量比为10:0.3-1:0.8-1.1。

10、优选地,所述步骤s2中酚醛树脂、四氢呋喃、复合石墨材料的添加比为1g:90-110ml:8.2-12.5g。

11、优选地,所述步骤s1中复合填料的制备方法包括以下步骤:

12、a、取氧化石墨烯加入去离子水超声分散得到氧化石墨烯分散液,调节分散液ph至3-4,然后加入3,4-乙烯二氧噻吩单体,超声振荡15-30min得到混合液,取过硫酸铵和硫酸铁加入去离子水溶解后加入到混合液中,氮气保护下常温反应20-24h,反应结束后抽滤洗涤,再将滤饼常温超声分散在去离子水中,制备得到改性氧化石墨烯水分散液;

13、b、取六水合硝酸钴、六水合硝酸锌、均苯三甲酸和聚乙烯吡咯烷酮溶解于n,n-二甲基甲酰胺中得到组分一,将组分一加入到改性氧化石墨烯水分散液中持续搅拌15-20min,然后加入0.1mol/l尿素溶液,搅拌混合10-15min后加入乙二醇,持续搅拌5-15min得到组分二,然后将组分二转移至高压反应釜中,并在120-150℃下反应10-12h,将沉淀物离心、洗涤、干燥过夜,制备得到钴锌双金属有机框架/改性氧化石墨烯复合填料。

14、优选地,所述步骤a中氧化石墨烯、去离子水、3,4-乙烯二氧噻吩、过硫酸铵、硫酸铁、去离子水的添加比为0.1g:90-120ml:0.1-0.3g:0.24-0.5g:0.0005-0.0014g:20-60ml。

15、优选地,所述步骤b中六水合硝酸钴、六水合硝酸锌、均苯三甲酸、聚乙烯吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、改性氧化石墨烯水分散液、0.1mol/l尿素溶液和乙二醇的添加比为0.25-0.3g:0.1-0.17g:0.3-0.35g:1.5-1.7g:10-30ml:50-80ml:5-10ml:5-10ml。

16、优选地,一种锂离子电池用改性石墨电极材料,由上述任意一项所述的制备方法制成。

17、本专利技术的有益效果:

18、本专利技术在石墨中添加复合填料,在压力条件下将复合填料嵌入石墨较为粗糙的沟壑表面,利用沥青作为粘合剂将复合填料黏附到石墨上,同时石墨包裹着复合填料,在一定程度上限制复合填料的体积膨胀,有效地减轻锂化过程中产生的机械应力,同时复合填料的添加使得电池的容量性能、倍率性能和循环性能有所提升,另外本专利技术以酚醛树脂作为二次包覆的碳源,经过高温炭化处理,在复合石墨材料表面形成一层炭包覆层,可以改善复合石墨材料与电解液的相容性,而且碳包覆能够起到一定的修复效果,将其包覆在复合石墨颗粒表面后能够对颗粒起到保护作用,通过自身的稳定结构抵抗颗粒在脱嵌锂离子时发生的体积变化,进一步提升材料的电化学性能。

19、本专利技术将3,4-乙烯二氧噻吩原位聚合在氧化石墨烯的表面,制备了部分还原氧化石墨烯/聚3,4-乙烯二氧噻吩导电复合材料,石墨烯是一种二维碳纳米材料,其作为电极修饰材料时,具备高的稳定性、优异的电子传递特性和高的机械性能,聚3,4-乙烯二氧噻吩作为导电高分子聚合物,具有电导率高、环境稳定性良好以及透光率高等优点,将3,4-乙烯二氧噻吩原位聚合在氧化石墨烯片层,既弥补了氧化石墨烯导电性差的特点,也解决了聚3,4-乙烯二氧噻吩水分散性差的特点,另外本专利技术以金属钴和锌与含多羧基的配体均苯三甲酸以聚乙烯吡咯烷酮为模板的作用下制备钴锌双金属有机框架,钴锌双金属有机框架丰富孔隙有利于离子快速迁移,较大的比表面积提供更多的电化学反应活性位点,并在合成过程中加入尿素优化材料的储锂性能,尿素中的氮作为杂原子缺陷可以为储锂提供更多的活性位点,提高电化学响应性和电子导电性,将钴锌双金属有机框架与还原氧化石墨烯/聚3,4-乙烯二氧噻吩导电复合材料混合制备钴锌双金属有机框架/改性氧化石墨烯复合填料,钴锌双金属有机框架的未配位羧基基团还可与氧化石墨烯、3,4-乙烯二氧噻吩形成多重氢键及共轭效应,另外聚3,4-乙烯二氧噻吩共轭长链充当钴锌双金属有机框架电荷传输的桥梁,同时石墨烯片层和钴锌双金属有机框架配体中的羧基基团可以对聚3,4-乙烯二氧噻吩分子链产生多重掺杂作用,有效提高锂离子电池容量性能、倍率性能和循环稳定性。

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【技术保护点】

1.一种锂离子电池用改性石墨电极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的锂离子电池用改性石墨电极材料的制备方法,其特征在于,所述石墨为人造石墨,所述石墨的D50粒径为10-20μm。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池用改性石墨电极材料的制备方法,其特征在于,所述沥青为煤沥青。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池用改性石墨电极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中石墨、复合填料、沥青的质量比为10:0.3-1:0.8-1.1。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池用改性石墨电极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中酚醛树脂、四氢呋喃、复合石墨材料的添加比为1g:90-110mL:8.2-12.5g。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池用改性石墨电极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中复合填料的制备方法包括以下步骤:

7.根据权利要求6所述的锂离子电池用改性石墨电极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤A中氧化石墨烯、去离子水、3,4-乙烯二氧噻吩、过硫酸铵、硫酸铁、去离子水的添加比为0.1g:90-120mL:0.1-0.3g:0.24-0.5g:0.0005-0.0014g:20-60mL。

8.根据权利要求6所述的锂离子电池用改性石墨电极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤B中六水合硝酸钴、六水合硝酸锌、均苯三甲酸、聚乙烯吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、改性氧化石墨烯水分散液、0.1mo l/L尿素溶液和乙二醇的添加比为0.25-0.3g:0.1-0.17g:0.3-0.35g:1.5-1.7g:10-30mL:50-80mL:5-10mL:5-10mL。

9.一种锂离子电池用改性石墨电极材料,其特征在于,由权利要求1-8中任意一项所述的制备方法制成。

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【技术特征摘要】

1.一种锂离子电池用改性石墨电极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的锂离子电池用改性石墨电极材料的制备方法,其特征在于,所述石墨为人造石墨,所述石墨的d50粒径为10-20μm。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池用改性石墨电极材料的制备方法,其特征在于,所述沥青为煤沥青。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池用改性石墨电极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤s1中石墨、复合填料、沥青的质量比为10:0.3-1:0.8-1.1。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池用改性石墨电极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤s2中酚醛树脂、四氢呋喃、复合石墨材料的添加比为1g:90-110ml:8.2-12.5g。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池用改性石墨电极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤s1中复合填料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员:谭建可叶水龙黄哲平吴勋虎
申请(专利权)人:湖南铂威新能源科技有限公司
类型:发明
国别省市:

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