【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，属于锂离子电池领域。
技术介绍
1、石墨由范德瓦尔斯力把六角共轭键合的碳纳米片层堆叠在一起，在同一个碳原子层平面中，两个任意给定的碳原子之间的作用力（共享sp2杂化键）比任意两个碳平面层之间的作用力强得多，正是由于这种作用力的差异，锂才能插入石墨的平面之间，这种锂插层的过程是石墨能够储存锂的机制。当锂插层在石墨中时，它占据了石墨两片层平面间的间隙位置，锂离子一旦插入后，占据间歇位置的锂将阻止其他锂结合在直接相邻的间隙位置。这样，锂离子只能结合在石墨六边形片层中的第二个碳原子上，这就限制了每六个碳原子中锂的数量为一个。石墨的嵌锂行为与锂离子电池中石墨的储能密度直接相关，这种存储锂密度，通常被称为容量。
2、而天然石墨材料在作为负极材料虽有许多优势，但同时也存在着容量较低、倍率性能差、溶剂共嵌入导致安全性差等缺点，因此对天然石墨材料采用氧化、包覆、金属掺杂等手段进行改性可以从整体上提高石墨材料的电性能。因此专利技术一种操作简易，效果良好的改性石墨材料对于石墨负极材料的发展具有非常重要的意义。
技术实现思路
1、为了克服现有
存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于，提供一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法。
2、本专利技术提供的一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：
3、步骤（1）氧化球形石墨的制备
4、s11将适量天然球形石墨在磁力搅拌下缓慢加入到
5、s12再缓慢加入硝酸钠，冰水浴冷却，快速搅拌；
6、s13缓慢加入高锰酸钾，控温并搅拌，待高锰酸钾加毕后移去水浴，搅拌反应，缓慢加入去离子水，使温度上升并不断搅拌；
7、s14加入h2o2水溶液洗涤并过滤，再加入hcl溶液清洗滤饼，去离子水清洗至滤液中无so42–(bacl2溶液检测)，离心后，在干燥箱中干燥得到氧化球形石墨（sgo）；
8、步骤（2）聚丙烯腈包覆氧化石墨
9、s21称取表面氧化球形石墨（sgo）置于烧杯之中，加入一定去离子水；然后添加一定石墨质量的含氮碳前驱体溶液（lpan）于水和表面氧化球形石墨粉的悬浊液中，磁力作用下在室温下搅拌，混合均匀得到lpan包覆的混合悬浊液；
10、s22采用热喷雾干燥的方式，实现混合悬浊液的固液分离，得到中间体粉料，将中间体粉料置于管式炉中在一定的温度下高温碳化处理后得到了最终产物聚丙烯腈碳化包覆氧化石墨材料(cg)；
11、步骤（3）聚丙烯腈包覆氧化石墨复合二氧化锡
12、s31称取表面氧化球形石墨（sgo）置于烧杯之中，加入一定去离子水和二氧化锡；然后添加一定石墨质量的含氮碳前驱体溶液（lpan）于水和二氧化锡和表面氧化球形石墨粉的悬浊液中，磁力作用下在室温下搅拌，混合均匀得到lpan包覆的混合悬浊液；
13、s32采用热喷雾干燥的方式，实现混合悬浊液的固液分离，得到中间体粉料，将中间体粉料置于管式炉中在一定的温度下高温碳化处理后得到了最终产物聚丙烯腈碳化包覆氧化石墨复合二氧化锡材料（cg-sno2）；
14、步骤（4）碳包覆石墨负极材料的制备
15、取一定质量比聚丙烯腈碳化包覆氧化石墨材料(cg)和聚丙烯腈碳化包覆氧化石墨复合二氧化锡材料（cg-sno2）于烧杯中。加入一定去离子水，搅拌均匀后，超声处理，随后将超声波处理后的混合液进行离心分离，在经过喷雾干燥得到碳包覆石墨负极材料。
16、作为优选，步骤（1）氧化球形石墨的制备包含s11将2~5g天然球形石墨在磁力搅拌下缓慢加入到装有35~50ml浓硫酸的圆底烧瓶中；s12再缓慢加入1~2.5g硝酸钠，冰水浴冷却至0~5℃，快速搅拌1~4h；s13缓慢加入5~8g高锰酸钾，控温在14~20℃并搅拌，待高锰酸钾加毕后移去水浴，搅拌反应1~4h，缓慢加入40~55ml去离子水，使温度上升至92~98℃，不断搅拌3~6h；s14加入8~14ml h2o2水溶液洗涤并过滤，再加入10~16ml hcl溶液清洗滤饼，去离子水清洗至滤液中无so42–(bacl2溶液检测)，离心2800~3100rpm，离心后在干燥箱中干燥得到氧化球形石墨（sgo）。
17、本方法中，在制备氧化球形石墨中使用了氧化效果号的硝酸钠、浓硫酸、高锰酸钾等氧化剂，可以有效的将石墨氧化为氧化石墨，提高氧化石墨的氧化程度，且制备的时间段效率高，而其中浓硫酸在反应中起到酸化作用，可以调节反应体系的ph值，有利于反应的进行，高锰酸钾在反应中起到催化剂的作用，可以加速石墨的氧化过程，提高氧化效率。
18、作为优选，步骤（2）聚丙烯腈包覆氧化石墨包括s21称取1~2g表面氧化球形石墨（sgo）置于烧杯之中，加入4~10ml一定去离子水；然后添加5%~20%石墨质量的含氮碳前驱体溶液（lpan）于水和表面氧化球形石墨粉的悬浊液中，磁力作用下在室温下搅拌8~12h，混合均匀得到lpan包覆的混合悬浊液；s22采用热喷雾干燥的方式，实现混合悬浊液的固液分离，得到中间体粉料，将中间体粉料置于管式炉中在900~1200℃温度下高温碳化处理后得到了最终产物聚丙烯腈碳化包覆氧化石墨材料(cg)。
19、本方法使用的聚丙烯腈可以与氧化石墨形成良好的界面结合，提高复合材料的整体性能，聚丙烯腈具有较好的润湿性和粘附性，可以促进氧化石墨在复合材料中的均匀分散，避免团聚现象，而且聚丙烯腈包覆氧化石墨作为负极材料具有优异的电化学性能，包括高比容量、高倍率性能和良好的循环稳定性；因聚丙烯腈具有较好的热稳定性，可以使得电池负极材料在高温下保持较好的结构稳定性和电化学性能，另外聚丙烯腈的引入可以改善复合材料的电导性能，从而提升快充性能。
20、作为优选，步骤（3）聚丙烯腈包覆氧化石墨复合二氧化锡包括s31称取1~2g表面氧化球形石墨（sgo）置于烧杯之中，加入4~10ml去离子水和0.1~0.2g二氧化锡；然后添加5%~20%石墨质量的含氮碳前驱体溶液（lpan）于水和二氧化锡和表面氧化球形石墨粉的悬浊液中，磁力作用下在室温下搅拌8~12h，混合均匀得到lpan包覆的混合悬浊液；s32采用热喷雾干燥的方式，实现混合悬浊液的固液分离，得到中间体粉料，将中间体粉料置于管式炉中在900~1200℃下高温碳化处理后得到了最终产物聚丙烯腈碳化包覆氧化石墨复合二氧化锡材料（cg-sno2）。
21、本方法中，在聚丙烯腈包覆氧化石墨的基础上又复合了二氧化锡材料，可以利用二氧化锡具有的优异电化学性能，可以提升复合材料的比容量和倍率性能，改善快充性能；而且聚丙烯腈和二氧化锡的复合引入可以增加复合材料的结构强度和韧性，提高其抗冲击、抗弯折等性能；通过聚丙烯腈包覆氧化石墨和二氧化锡的复合，可以获得高比容量的负极材料，满足快充需求；聚丙烯腈和二氧化锡的稳定界面结构和优异电化学性能使得复合材料具有较好的循环稳定性。...
【技术保护点】
1.一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，其特征在于包括：
2.一种根据权利要求1所述的一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）氧化球形石墨的制备包含S11将2~5g天然球形石墨在磁力搅拌下缓慢加入到装有35~50mL浓硫酸的圆底烧瓶中。
3.一种根据权利要求1所述的一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）氧化球形石墨的制备包含S12再缓慢加入1~2.5g硝酸钠，冰水浴冷却至0~5℃，快速搅拌1~4h。
4.一种根据权利要求1所述的一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）氧化球形石墨的制备包含S13缓慢加入5~8g高锰酸钾，控温在14~20℃并搅拌，待高锰酸钾加毕后移去水浴，搅拌反应1~4h，缓慢加入40~55mL去离子水，使温度上升至92~98℃，不断搅拌3~6h。
5.一种根据权利要求1所述的一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）氧化球形石墨的制备包含S14加入8~14mL H2O2水溶液洗涤并过滤，再加入10~16m
6.一种根据权利要求1所述的一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）聚丙烯腈包覆氧化石墨包括S21称取1~2g表面氧化球形石墨（SGO）置于烧杯之中，加入4~10mL一定去离子水；然后添加5%~20%石墨质量的含氮碳前驱体溶液（LPAN）于水和表面氧化球形石墨粉的悬浊液中，磁力作用下在室温下搅拌8~12h，混合均匀得到LPAN包覆的混合悬浊液。
7.一种根据权利要求1所述的一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）聚丙烯腈包覆氧化石墨包括S22采用热喷雾干燥的方式，实现混合悬浊液的固液分离，得到中间体粉料，将中间体粉料置于管式炉中在900~1200℃温度下高温碳化处理后得到了最终产物聚丙烯腈碳化包覆氧化石墨材料(CG)。
8.一种根据权利要求1所述的一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）聚丙烯腈包覆氧化石墨复合二氧化锡包括S31称取1~2g表面氧化球形石墨（SGO）置于烧杯之中，加入4~10mL去离子水和0.1~0.2g二氧化锡；然后添加5%~20%石墨质量的含氮碳前驱体溶液（LPAN）于水和二氧化锡和表面氧化球形石墨粉的悬浊液中，磁力作用下在室温下搅拌8~12h，混合均匀得到LPAN包覆的混合悬浊液。
9.一种根据权利要求1所述的一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）聚丙烯腈包覆氧化石墨复合二氧化锡包括S32采用热喷雾干燥的方式，实现混合悬浊液的固液分离，得到中间体粉料，将中间体粉料置于管式炉中在900~1200℃下高温碳化处理后得到了最终产物聚丙烯腈碳化包覆氧化石墨复合二氧化锡材料（CG-SnO2）。
10.一种根据权利要求1所述的一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）碳包覆石墨负极材料的制备包括取质量比为（1~3）：1的聚丙烯腈碳化包覆氧化石墨材料(CG)和聚丙烯腈碳化包覆氧化石墨复合二氧化锡材料（CG-SnO2）于烧杯中；加入10~25mL离子水，搅拌均匀后，超声处理1~4h，随后将超声波处理后的混合液进行离心分离，在经过喷雾干燥得到碳包覆石墨负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，其特征在于包括：
2.一种根据权利要求1所述的一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）氧化球形石墨的制备包含s11将2~5g天然球形石墨在磁力搅拌下缓慢加入到装有35~50ml浓硫酸的圆底烧瓶中。
3.一种根据权利要求1所述的一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）氧化球形石墨的制备包含s12再缓慢加入1~2.5g硝酸钠，冰水浴冷却至0~5℃，快速搅拌1~4h。
4.一种根据权利要求1所述的一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）氧化球形石墨的制备包含s13缓慢加入5~8g高锰酸钾，控温在14~20℃并搅拌，待高锰酸钾加毕后移去水浴，搅拌反应1~4h，缓慢加入40~55ml去离子水，使温度上升至92~98℃，不断搅拌3~6h。
5.一种根据权利要求1所述的一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）氧化球形石墨的制备包含s14加入8~14ml h2o2水溶液洗涤并过滤，再加入10~16ml hcl溶液清洗滤饼，去离子水清洗至滤液中无so42–(bacl2溶液检测)，离心2800~3100rpm，离心后在干燥箱中干燥得到氧化球形石墨（sgo）。
6.一种根据权利要求1所述的一种快充改性的碳包覆石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）聚丙烯腈包覆氧化石墨包括s21称取1~2g表面氧化球形石墨（sgo）置于烧杯之中，加入4~10ml一定去离子水；然后添加5%~20%石墨质量的含氮碳前驱体溶液（lpan）于水和表面氧化球形石墨粉的悬浊液中，磁力作用下在室温下搅拌8~12h，混合均匀得到lpan...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜宁，马强，毛怡花，岳敏，
申请(专利权)人：碳一新能源集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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