[发明专利]鳞片石墨和微晶石墨混合制备微膨石墨材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，更具体的，涉及一种鳞片石墨和微晶石墨混合制备微膨石墨材料的方法。

背景技术

锂离子电池由于高的输出电压和能量密度、良好的循环稳定性以及环境友好等优点，已经作为各种电子产品的动力来源而占领绝大多数的消费类电子产品市场，近年来，随着电子产品快速的更新换代以及电动车市场的不断发展，要求锂离子电池具有更轻的质量、更小的体积以及更高的功率密度。

微膨胀石墨作为一类成本极为低廉的石墨层间化合物（GIC），由于具有丰富的多尺度孔隙结构，较大的比表面积，优良的热电传导性能，良好的化学稳定性等优点，而被认为是一类极具潜力的可大规模应用于锂离子电池负极材料。

同时，目前采用天然石墨为原料制备微膨胀石墨材料的技术中所使用的原料一般为晶质大鳞片石墨，鳞片石墨虽然集体取向性好，但是在电池材料的应用中需要取向性差，均匀性好的石墨材料，微晶石墨颗粒细小，集合体取向性差，均质性好，微晶石墨可代替鳞片石墨作为制备电性能更好的膨胀石墨的原料，充电效率、电池稳定性和循环性能都能大大提高，但是电容量降低，同时微晶石墨的膨胀效果不好，导致膨胀微晶石墨作为锂离子电极负极材料的应用受阻。如果能将鳞片石墨和微晶石墨的优点结合起来，制备出一种容量高、充放电效率高和循环倍率性能好的新型微膨胀石墨材料，对今后微膨石墨材料的研究至关重要，同时也能减缓我国微晶石墨大规模低附加值利用的困境。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种鳞片石墨和微晶石墨混合制备微膨石墨材料的方法。

本发明的另一目的在于提供一种鳞片石墨和微晶石墨混合制备微膨石墨材料的方法。

本发明还有一目的在于提供微膨石墨材料作为锂离子电池负极材料的应用。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

鳞片石墨和微晶石墨混合制备微膨石墨材料的方法，包括以下步骤：

S1.取鳞片石墨和微晶石墨质量比为2~3:1进行球磨，至粒度200~300目，为混合料；

S2.将S1所得混合料置于马弗炉中，在惰性气氛下缓慢升温至350℃~400℃，保温10~30min，空冷至室温待用；

S3.将S2热处理之后的混合料进行化学插层处理，得可膨胀混合石墨；

S4.将S3所得可膨胀混合石墨放入石墨膨胀炉中在400~500℃进行膨胀，得微膨石墨材料。

本发明创造性的将微晶石墨和鳞片石墨混合膨化制备微膨石墨材料，在球磨过程中，适当质量比的鳞片石墨和微晶石墨充分混合，在球磨过程中，部分微晶石墨颗粒会进入鳞片石墨片层间，充分混合，混合之后进行热处理，热处理可以活化球磨混合材料，同时也可以处理原料中可升华的杂质，热处理之后立即进行化学插层处理，可以提高插层效果和效率，也更有利于之后的膨胀处理过程。

本发明球磨混合料在膨胀处理过程中，鳞片石墨和微晶石墨的结构不同，其膨胀过程发生的变化也不一样，鳞片石墨膨胀过程扩大了其片层间距，而微晶石墨则膨化形成絮状，混合料在膨化后的结构显示为鳞片石墨之间的絮状膨胀微晶石墨连接在鳞片石墨片层之间，这种鳞片石墨片层之间夹杂着絮状微晶石墨的结构更有利于电子间的传导，更适合作为锂离子电极材料，提高膨胀之后形成微膨石墨材料的充放电容量，提高其循环性能和倍率放电性能。

优选地，步骤S1所述鳞片石墨含碳量不低于85%，所述微晶石墨为郴州市鲁塘石墨粉，其碳含量为70~80%。

优选地，步骤S1球磨过程球料比为3~5:1，球磨时间为6~8h，转速为200~300r/min。

优选地，步骤S2惰性气氛为氮气、氩气中的一种。

优选地，步骤S2所述混合料在马弗炉中加热，所述升温速率为5~20℃/min，本发明采用

优选地，步骤S3所述化学插层处理步骤包括：

S31.将高氯酸与步骤S2所得混合粉体按液固比为10～30：1L/Kg混合搅拌均匀；

S32.按所述混合粉体与高锰酸钾的质量比为1：2～8加入高锰酸钾，在室温下搅拌均匀后，升温至30～60℃继续搅拌反应1～3.0h；

S33.加入去离子水使所述反应装置内的温度升高至60～100℃，再继续搅拌反应1～3.0h；

S34.过滤，然后对过滤物进行洗涤、干燥，得可膨胀混合石墨。

优选地，步骤S4在石墨膨胀炉中进行高温膨胀包括以下步骤：

S41.进料：采用石墨膨化炉，将可膨胀混合石墨通过进料口投入到炉膛中，所述进料口的温度为30℃，投放速度为2Kg/h；