一种碳包覆石墨负极材料的制备方法与流程

本发明涉及石墨负极材料技术领域，具体为一种碳包覆石墨负极材料的制备方法。

背景技术：

负极指电源中电位较低的一端，在原电池中，是指起氧化作用的电极，电池反应中写在左边，从物理角度来看，是电路中电子流出的一极。而负极材料，则是指电池中构成负极的原料，目前常见的负极材料有碳负极材料、锡基负极材料与石墨负极；传统碳包覆石墨负极材料制备复杂，操作麻烦，制备时无法消除石墨表面的缺陷与杂质，不利于石墨后续的加工与生产，同时单一采用石墨为碳源，无法显著的提高石墨的电化学性能，且传统碳包覆石墨负极材料原料高昂，不利于节约了生产成本；针对这些缺陷，设计一种碳包覆石墨负极材料的制备方法是很有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种碳包覆石墨负极材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种碳包覆石墨负极材料，配方包括：石墨、石墨烯、离子液体、环氧树脂、聚偏氟乙烯、乙醇、酸洗混合液、苯二酚、催化剂和引发剂，各组分的质量百分含量分别是：15-25％的石墨、20-30％的石墨烯、15-25％的离子液体、10-20％的环氧树脂、2-4％的聚偏氟乙烯、10-20％的乙醇、1-3％的酸洗混合液、5-10％的苯乙烯、0.5-1％的催化剂和0.5-1％的引发剂。

一种碳包覆石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤，步骤一，原料选取；步骤二，石墨氧化；步骤三，碳包覆石墨；步骤四，碳化石墨；步骤五，清洗烘干；步骤六，检验存储；

其中上述步骤一中，按照各组分的质量百分含量分别是：15-25％的石墨、20-30％的石墨烯、15-25％的离子液体、10-20％的环氧树脂、2-4％的聚偏氟乙烯、10-20％的乙醇、1-3％的酸洗混合液、5-10％的苯二酚、0.5-1％的催化剂和0.5-1％的引发剂进行选取，并按照重量百分比之和为1进行称取；

其中上述步骤二中，石墨氧化包括以下步骤：

1)将反应釜进行清洗后加入石墨与石墨烯，缓慢震动1-2h；

2)将去反应釜中兑入酸洗混合液，边兑入边缓慢搅拌均匀，并升高温度至30-40℃；

3)保持料温，边搅拌边将催化剂缓慢倒入反应釜中；

4)最后加入苯二酚，降低料温保持20-30℃，封闭反应釜反应1-2h，即可得到氧化后的石墨；

其中上述步骤三中，碳包覆石墨包括以下步骤：

1)人工将反应釜清洗后加入乙醇与离子液体，缓慢搅拌20min；

2)在兑入步骤二4)中氧化后的石墨，升高料温至35-45℃，随后加入环氧树脂与聚偏氟乙烯，搅拌釜中通入惰性气体，反应1-2h；

3)将反应釜中混合物倒入搅拌机中，持续搅拌1-4h，即可得到碳包覆石墨原形；

其中上述步骤四中，碳化石墨包括以下步骤：

1)将步骤三中得到的碳包覆石墨原形放入超声机中，使用超声机进行干燥20min；

2)再将干燥完成的碳包覆石墨原形放入煅烧炉中，温度升高至600-800℃，煅烧2-4h，煅烧完成后，继续保温1-2h；

3)保温结束后，将煅烧炉中通入流动的保护气体，在室温下降温，即可得到碳包覆石墨；

其中上述步骤五中，清洗烘干包括以下步骤：

1)将上述步骤四3)中所得到的碳包覆石墨放入去离子水中进行浸泡，缓慢搅拌1-2h；

2)将浸泡好的碳包覆石墨取出，放入离心机中进行旋转离心1-2h，直至表面干燥；

3)将离心机中的碳包覆石墨取出，使用保护气体进行吹气烘干，即可得到干燥的碳包覆石墨；

其中上述步骤六中，将上述步骤五中所得的碳包覆石墨进行检查表面是否破损与划痕，再进行塑封包装，最后再塑封包装好的碳包覆石墨分箱整体打包存储。

根据上述技术方案，所述组分的质量百分含量分别是：石墨16％、石墨烯25％、离子液体20％、环氧树脂10％、聚偏氟乙烯4％、乙醇10％、酸洗混合液3％、苯二酚10％、催化剂1％和引发剂剂1％。

根据上述技术方案，所述酸洗混合液为浓盐酸与浓硫酸缓混合液。

根据上述技术方案，所述离子液体为三甲基丙安双三氟甲磺酰亚胺盐、甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐与甲基咪唑四氟硼酸盐的一种或多种。

根据上述技术方案，所述步骤五1)中兑入的去离子水漫过碳包覆石墨顶部。

根据上述技术方案，所述步骤四3)中与步骤五3)中保护气体均为氩气。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：该发明，安全可靠，采用石墨与石墨烯作为原料，使用酸洗混合液将其氧化，消除石墨表面的缺陷与杂质，有利于石墨后续的加工与生产，同时采用环氧树脂与聚偏氟乙烯最为碳源，利用离子液体将碳源包覆在石墨负极材料外侧，大大提高了石墨的电化学性能，有利于该碳包覆石墨负极材料使用，且该发明工艺简单严谨，能够代替其他较为昂贵的碳包覆石墨负极材料制备工艺，效果显著，原料便宜成本低廉，加工方便，大大节约了生产成本，有利于加工与生产。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的工艺立流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种碳包覆石墨负极材料的制备方法：

实施例1：

一种碳包覆石墨负极材料，配方包括：石墨、石墨烯、离子液体、环氧树脂、聚偏氟乙烯、乙醇、酸洗混合液、苯二酚、催化剂和引发剂，各组分的质量百分含量分别是：石墨16％、石墨烯20％、离子液体25％、环氧树脂10％、聚偏氟乙烯4％、乙醇10％、酸洗混合液3％、苯二酚10％、催化剂1％和引发剂剂1％。

一种碳包覆石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤，步骤一，原料选取；步骤二，石墨氧化；步骤三，碳包覆石墨；步骤四，碳化石墨；步骤五，清洗烘干；步骤六，检验存储；

其中上述步骤一中，按照各组分的质量百分含量分别是：石墨16％、石墨烯20％、离子液体25％、环氧树脂10％、聚偏氟乙烯4％、乙醇10％、酸洗混合液3％、苯二酚10％、催化剂1％和引发剂剂1％进行选取，并按照重量百分比之和为1进行称取；

其中上述步骤二中，石墨氧化包括以下步骤：

1)将反应釜进行清洗后加入石墨与石墨烯，缓慢震动1-2h；

2)将去反应釜中兑入酸洗混合液，边兑入边缓慢搅拌均匀，并升高温度至30-40℃；

3)保持料温，边搅拌边将催化剂缓慢倒入反应釜中；

4)最后加入苯二酚，降低料温保持20-30℃，封闭反应釜反应1-2h，即可得到氧化后的石墨；

其中上述步骤三中，碳包覆石墨包括以下步骤：

1)人工将反应釜清洗后加入乙醇与离子液体，缓慢搅拌20min；

2)在兑入步骤二4)中氧化后的石墨，升高料温至35-45℃，随后加入环氧树脂与聚偏氟乙烯，搅拌釜中通入惰性气体，反应1-2h；

3)将反应釜中混合物倒入搅拌机中，持续搅拌1-4h，即可得到碳包覆石墨原形；

其中上述步骤四中，碳化石墨包括以下步骤：

1)将步骤三中得到的碳包覆石墨原形放入超声机中，使用超声机进行干燥20min；

2)再将干燥完成的碳包覆石墨原形放入煅烧炉中，温度升高至600-800℃，煅烧2-4h，煅烧完成后，继续保温1-2h；

3)保温结束后，将煅烧炉中通入流动的保护气体，在室温下降温，即可得到碳包覆石墨；

其中上述步骤五中，清洗烘干包括以下步骤：

1)将上述步骤四3)中所得到的碳包覆石墨放入去离子水中进行浸泡，兑入的去离子水漫过碳包覆石墨顶部，缓慢搅拌1-2h；

2)将浸泡好的碳包覆石墨取出，放入离心机中进行旋转离心1-2h，直至表面干燥；

3)将离心机中的碳包覆石墨取出，使用保护气体进行吹气烘干，即可得到干燥的碳包覆石墨；

其中上述步骤六中，将上述步骤五中所得的碳包覆石墨进行检查表面是否破损与划痕，再进行塑封包装，最后再塑封包装好的碳包覆石墨分箱整体打包存储。

其中，酸洗混合液为浓盐酸与浓硫酸缓混合液；离子液体为三甲基丙安双三氟甲磺酰亚胺盐、甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐与甲基咪唑四氟硼酸盐的一种或多种；步骤四3)中与步骤五3)中保护气体均为氩气。

实施例2：

一种碳包覆石墨负极材料，配方包括：石墨、石墨烯、离子液体、环氧树脂、聚偏氟乙烯、乙醇、酸洗混合液、苯二酚、催化剂和引发剂，各组分的质量百分含量分别是：石墨16％、石墨烯25％、离子液体20％、环氧树脂10％、聚偏氟乙烯4％、乙醇10％、酸洗混合液3％、苯二酚10％、催化剂1％和引发剂剂1％。

一种碳包覆石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤，步骤一，原料选取；步骤二，石墨氧化；步骤三，碳包覆石墨；步骤四，碳化石墨；步骤五，清洗烘干；步骤六，检验存储；

其中上述步骤一中，按照各组分的质量百分含量分别是：石墨16％、石墨烯25％、离子液体20％、环氧树脂10％、聚偏氟乙烯4％、乙醇10％、酸洗混合液3％、苯二酚10％、催化剂1％和引发剂剂1％进行选取，并按照重量百分比之和为1进行称取；

其中上述步骤二中，石墨氧化包括以下步骤：

1)将反应釜进行清洗后加入石墨与石墨烯，缓慢震动1-2h；

2)将去反应釜中兑入酸洗混合液，边兑入边缓慢搅拌均匀，并升高温度至30-40℃；

3)保持料温，边搅拌边将催化剂缓慢倒入反应釜中；

4)最后加入苯二酚，降低料温保持20-30℃，封闭反应釜反应1-2h，即可得到氧化后的石墨；

其中上述步骤三中，碳包覆石墨包括以下步骤：

1)人工将反应釜清洗后加入乙醇与离子液体，缓慢搅拌20min；

2)在兑入步骤二4)中氧化后的石墨，升高料温至35-45℃，随后加入环氧树脂与聚偏氟乙烯，搅拌釜中通入惰性气体，反应1-2h；

3)将反应釜中混合物倒入搅拌机中，持续搅拌1-4h，即可得到碳包覆石墨原形；

其中上述步骤四中，碳化石墨包括以下步骤：

1)将步骤三中得到的碳包覆石墨原形放入超声机中，使用超声机进行干燥20min；

2)再将干燥完成的碳包覆石墨原形放入煅烧炉中，温度升高至600-800℃，煅烧2-4h，煅烧完成后，继续保温1-2h；

3)保温结束后，将煅烧炉中通入流动的保护气体，在室温下降温，即可得到碳包覆石墨；

其中上述步骤五中，清洗烘干包括以下步骤：

1)将上述步骤四3)中所得到的碳包覆石墨放入去离子水中进行浸泡，兑入的去离子水漫过碳包覆石墨顶部，缓慢搅拌1-2h；

2)将浸泡好的碳包覆石墨取出，放入离心机中进行旋转离心1-2h，直至表面干燥；

3)将离心机中的碳包覆石墨取出，使用保护气体进行吹气烘干，即可得到干燥的碳包覆石墨；

其中上述步骤六中，将上述步骤五中所得的碳包覆石墨进行检查表面是否破损与划痕，再进行塑封包装，最后再塑封包装好的碳包覆石墨分箱整体打包存储。

其中，酸洗混合液为浓盐酸与浓硫酸缓混合液；离子液体为三甲基丙安双三氟甲磺酰亚胺盐、甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐与甲基咪唑四氟硼酸盐的一种或多种；步骤四3)中与步骤五3)中保护气体均为氩气。

实施例3：

一种碳包覆石墨负极材料，配方包括：石墨、石墨烯、离子液体、环氧树脂、聚偏氟乙烯、乙醇、酸洗混合液、苯二酚、催化剂和引发剂，各组分的质量百分含量分别是：石墨16％、石墨烯30％、离子液体15％、环氧树脂10％、聚偏氟乙烯4％、乙醇10％、酸洗混合液3％、苯二酚10％、催化剂1％和引发剂剂1％。

一种碳包覆石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤，步骤一，原料选取；步骤二，石墨氧化；步骤三，碳包覆石墨；步骤四，碳化石墨；步骤五，清洗烘干；步骤六，检验存储；

其中上述步骤一中，按照各组分的质量百分含量分别是：石墨16％、石墨烯30％、离子液体15％、环氧树脂10％、聚偏氟乙烯4％、乙醇10％、酸洗混合液3％、苯二酚10％、催化剂1％和引发剂剂1％进行选取，并按照重量百分比之和为1进行称取；

其中上述步骤二中，石墨氧化包括以下步骤：

1)将反应釜进行清洗后加入石墨与石墨烯，缓慢震动1-2h；

2)将去反应釜中兑入酸洗混合液，边兑入边缓慢搅拌均匀，并升高温度至30-40℃；

3)保持料温，边搅拌边将催化剂缓慢倒入反应釜中；

4)最后加入苯二酚，降低料温保持20-30℃，封闭反应釜反应1-2h，即可得到氧化后的石墨；

其中上述步骤三中，碳包覆石墨包括以下步骤：

1)人工将反应釜清洗后加入乙醇与离子液体，缓慢搅拌20min；

2)在兑入步骤二4)中氧化后的石墨，升高料温至35-45℃，随后加入环氧树脂与聚偏氟乙烯，搅拌釜中通入惰性气体，反应1-2h；

3)将反应釜中混合物倒入搅拌机中，持续搅拌1-4h，即可得到碳包覆石墨原形；

其中上述步骤四中，碳化石墨包括以下步骤：

1)将步骤三中得到的碳包覆石墨原形放入超声机中，使用超声机进行干燥20min；

2)再将干燥完成的碳包覆石墨原形放入煅烧炉中，温度升高至600-800℃，煅烧2-4h，煅烧完成后，继续保温1-2h；

3)保温结束后，将煅烧炉中通入流动的保护气体，在室温下降温，即可得到碳包覆石墨；

其中上述步骤五中，清洗烘干包括以下步骤：

1)将上述步骤四3)中所得到的碳包覆石墨放入去离子水中进行浸泡，兑入的去离子水漫过碳包覆石墨顶部，缓慢搅拌1-2h；

2)将浸泡好的碳包覆石墨取出，放入离心机中进行旋转离心1-2h，直至表面干燥；

3)将离心机中的碳包覆石墨取出，使用保护气体进行吹气烘干，即可得到干燥的碳包覆石墨；

其中上述步骤六中，将上述步骤五中所得的碳包覆石墨进行检查表面是否破损与划痕，再进行塑封包装，最后再塑封包装好的碳包覆石墨分箱整体打包存储。

其中，酸洗混合液为浓盐酸与浓硫酸缓混合液；离子液体为三甲基丙安双三氟甲磺酰亚胺盐、甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐与甲基咪唑四氟硼酸盐的一种或多种；步骤四3)中与步骤五3)中保护气体均为氩气。

各实施例性质对比如下表：

基于上述，本发明的优点在于，该发明，安全可靠，采用石墨与石墨烯作为原料，使用酸洗混合液将其氧化，消除石墨表面的缺陷与杂质，同时采用环氧树脂与聚偏氟乙烯最为碳源，利用离子液体将碳源包覆在石墨负极材料外侧，大大提高了石墨的电化学性能，且该发明工艺简单严谨，能够代替其他较为昂贵的碳包覆石墨负极材料制备工艺，效果显著，原料便宜成本低廉，加工方便，大大节约了生产成本。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。