專利名稱：高比表面積膨脹石墨的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及非金屬材料領域，尤其涉及一種高比表面積膨脹石墨的制備方法。
背景技術：
碳是自然界最普遍的元素之一，而膨脹石墨則是其中一種新型的碳素材料。早在19世紀60年代初，布羅迪就發(fā)現(xiàn)了膨脹石墨，然而其應用則在百年之后才開始，從此，人們相繼展開了對膨脹石墨的研究和開發(fā)，取得了重大的科研突破。膨脹石墨是由天然石墨制備的可膨脹石墨膨脹后得到的一種多功能多用途的新型材料。膨脹石墨不僅具有天然石墨耐高溫、耐腐蝕等特性，還具有發(fā)達的空隙結構，較大的比表面積，大量地運用于吸附材料；此外，膨脹石墨比天然石墨更耐磨，易導熱，極強的導電率，可用作密封材料，電池電極材料等。電池電極材料添加膨脹石墨可有效提高電池容量和電導率。然而，隨著科技的發(fā)展，數(shù)字設備的廣泛使用，設備的負荷功率逐漸增加，對電池的高負荷放電性能提出了更高的要求以滿足日益增長的需求。因此，如何獲得更高性能的膨脹石墨以提高電池的性能成為人們關注的焦距。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術的缺陷，而提供一種具有高比表面積、高純度的膨脹石墨。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案一種高比表面積膨脹石墨的制備方法，包括以下步驟(I)將質量分數(shù)為90%的硫酸與質量分數(shù)為68%的硝酸混合形成混酸，硫酸的體積與硝酸的體積之比為3-5 :1，然后在不斷攪拌混酸的同時向混酸中分別加入天然石墨粉和溴化銨，混酸、天然石墨粉和 溴化銨的質量之比為5-10 1 0. 5-1 ；(2)經步驟(I)所得的反應混合物在25-40°C下攪拌60min，然后升溫至45_50°C并保持攪拌15min，攪拌速率為600-700r/min ；(3)經步驟(2)所得的反應混合物經過濾得到固體物質，用水反復洗滌固體物質至洗滌液的PH為6. 0-7. 0，然后將固體物質置于30-35°C的烘箱中烘干至含水量小于10%，接著將溫度升至70-80°C并保溫30min得到膨脹石墨前驅體；(4)將膨脹石墨前驅體自然冷卻至室溫后置于膨化溫度為800-900°C的膨化爐中膨化 10-20s ；(5 )用粉碎機將經步驟(4 )所得固體物質粉碎成粒徑為25-35 μ m的微粉；(6)用鹽酸浸泡經步驟(5)所得微粉3_5h,然后用水洗漆至洗漆液的pH為
6.0-7. 0，過濾后在30-35°C下烘干至含水量小于O. 5%。 優(yōu)選地，所述硫酸的體積與硝酸的體積之比為4 :1。優(yōu)選地，所述混酸、天然石墨粉和溴化銨的質量之比為10 1 0. 5。優(yōu)選地，所述步驟(2)的方法是經步驟(I)所得的反應混合物在30°C下攪拌60min，然后升溫至50°C并保持攪拌15min，攪拌速率為600_700r/min。優(yōu)選地，步驟(4)所述膨化溫度為850°C，膨化時間為15min。優(yōu)選地，所述鹽酸的濃度為lmol/L。優(yōu)選地，所述鹽酸與微粉的質量之比為7-10 :1。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供的高比表面積膨脹石墨的制備方法使用溴化銨作為輔助插層劑可有效地提高插層效果；制備過程溫度的控制，尤其是850°C的膨化溫度及15s的膨化時間可使膨脹石墨前軀體得到充分的膨脹形成具有高比表面積的膨脹石墨，并且最后還經溶液純化處理使本發(fā)明所制備的膨脹石墨純度高，碳含量大于99. 5%，鐵含量小于30ppm。
具體實施例方式為了更充分理解本發(fā)明的技術內容，下面結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案進一步介紹和說明。實施例1首先將濃硫酸稀釋至質量分數(shù)為90%的硫酸，然后量取質量分數(shù)為90%的硫酸400mL，并向所量取的硫酸中加入100mL68%的硝酸，混合均勻形成混酸；在不斷攪拌混酸的同時向其中加入86. 7g天然石墨和43. 3g磷酸銨,然后在30°C下攪拌60min后將溫度升至50°C并繼續(xù)攪拌15min，攪拌速率為650r/min ;接著將固體物濾出并用水洗滌至洗滌液的pH=7. 0，洗滌后的固體物置于35 °C的烘箱中烘干至含水量為8%后升溫至75°C并保溫30min得到膨脹石墨前驅體；將膨脹石墨前驅體自然冷卻至室溫后置于膨化溫度為850°C的膨化爐中膨化15s后自然冷卻至室溫，然后用粉碎機將固體物質粉碎成粒徑為25-35 μ m的微粉；稱取IOOg微粉并用8 00mLlmol/L鹽酸浸泡5h，然后用水洗滌至洗滌液的pH=7. O,過濾后在35°C下烘干至含水量為O. 2%即可。本實施例所制膨脹石墨的碳含量為99. 7%，灰份為O. 06%，鐵含量為20ppm，硫含量為350ppm,比表面積為272m2/g,孔容積為107cm3/g。實施例2首先將濃硫酸稀釋至質量分數(shù)為90%的硫酸，然后量取質量分數(shù)為90%的硫酸500mL，并向所量取的硫酸中加入100mL68%的硝酸，混合均勻形成混酸；在不斷攪拌混酸的同時向其中加入120g天然石墨和78g磷酸銨,然后在30°C下攪拌60min后將溫度升至50°C并繼續(xù)攪拌15min，攪拌速率為650r/min ;接著將固體物濾出并用水洗滌至洗滌液的pH=7. 0，洗滌后的固體物置于35°C的烘箱中烘干至含水量為8%后升溫至75°C并保溫30min得到膨脹石墨前驅體；將膨脹石墨前驅體自然冷卻至室溫后置于膨化溫度為900°C的膨化爐中膨化IOs后自然冷卻至室溫，然后用粉碎機將固體物質粉碎成粒徑為25-35 μ m的微粉；稱取IOOg微粉并用900mLlmol/L鹽酸浸泡4h，然后用水洗滌至洗滌液的pH=7. O,過濾后在35°C下烘干至含水量為O. 3%即可。本實施例所制膨脹石墨的碳含量為99. 6%，灰份為O. 05%,鐵含量為27ppm，硫含量為400ppm,比表面積為253m2/g,孔容積為97cm3/g。實施例3首先將濃硫酸稀釋至質量分數(shù)為90%的硫酸，然后量取質量分數(shù)為90%的硫酸300mL，并向所量取的硫酸中加入100mL68%的硝酸，混合均勻形成混酸；在不斷攪拌混酸的同時向其中加入130g天然石墨和65g磷酸銨,然后在40°C下攪拌60min后將溫度升至45°C并繼續(xù)攪拌15min，攪拌速率為600r/min ;接著將固體物濾出并用水洗滌至洗滌液的pH=6. O，洗滌后的固體物置于30°C的烘箱中烘干至含水量為9%后升溫至80°C并保溫30min得到膨脹石墨前驅體；將膨脹石墨前驅體自然冷卻至室溫后置于膨化溫度為800°C的膨化爐中膨化20s后自然冷卻至室溫，然后用粉碎機將固體物質粉碎成粒徑為25-35 μ m的微粉；稱取IOOg微粉并用700mLlmol/L鹽酸浸泡3h，然后用水洗滌至洗滌液的pH=6. O,過濾后在35°C下烘干至含水量為O. 3%即可。本實施例所制膨脹石墨的碳含量為99. 5%，灰份為O. 1%，鐵含量為30ppm，硫含量為500ppm,比表面積為237m2/g,孔容積為85cm3/g。以上所述僅以實施例來進一步 說明本發(fā)明的技術內容，以便于讀者更容易理解，但不代表本發(fā)明的實施方式僅限于此，任何依本發(fā)明所做的技術延伸或再創(chuàng)造，均受本發(fā)明的保護。
權利要求
1.一種高比表面積膨脹石墨的制備方法，包括以下步驟(1)將質量分數(shù)為90%的硫酸與質量分數(shù)為68%的硝酸混合形成混酸，硫酸的體積與硝酸的體積之比為3-5 :1，然后在不斷攪拌混酸的同時向混酸中分別加入天然石墨粉和溴化銨，混酸、天然石墨粉和溴化銨的質量之比為5-10 1 0. 5-1 ；(2)經步驟(I)所得的反應混合物在25-40°C下攪拌60min，然后升溫至45_50°C并保持攪拌15min，攪拌速率為600-700r/min ；(3)經步驟(2)所得的反應混合物經過濾得到固體物質，用水反復洗滌固體物質至洗滌液的PH為6. 0-7. 0，然后將固體物質置于30-35°C的烘箱中烘干至含水量小于10%，接著將溫度升至70-80°C并保溫30min ；(4)將膨脹石墨前驅體自然冷卻至室溫后置于膨化溫度為800-900°C的膨化爐中膨化10-20s ；(5)用粉碎機將經步驟(4)所得固體物質粉碎成粒徑為30-35μ m的微粉；(6)用鹽酸浸泡經步驟(5)所得微粉3-5h，然后用水洗滌至洗滌液的pH為6.0-7. 0，過濾后在30-35°C下烘干至含水量小于O. 5%。
2.根據(jù)權利要求1所述高比表面積膨脹石墨的制備方法，其特征在于所述硫酸的體積與硝酸的體積之比為4:1。
3.根據(jù)權利要求1所述高比表面積膨脹石墨的制備方法，其特征在于所述混酸、天然石墨粉和溴化銨的質量之比為10 1 0. 5。
4.根據(jù)權利要求1所述高比表面積膨脹石墨的制備方法，其特征在于所述步驟(2)的方法是經步驟(I)所得的反應混合物在30°C下攪拌60min，然后升溫至50°C并保持攪拌15min，攪拌速率為 600_700r/min。
5.根據(jù)權利要求1所述高比表面積膨脹石墨的制備方法，其特征在于步驟(4)所述膨化溫度為850°C，膨化時間為15min。
6.根據(jù)權利要求1所述高比表面積膨脹石墨的制備方法，其特征在于所述鹽酸的濃度為 lmol/L。
7.根據(jù)權利要求6所述高比表面積膨脹石墨的制備方法，其特征在于所述鹽酸與微粉的質量之比為7-10 :1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高比表面積膨脹石墨的制備方法，包括插層反應、活化、膨化和純化等步驟。本發(fā)明使用溴化銨作為輔助插層劑可有效地提高插層效果；制備過程溫度的控制，尤其是850℃的膨化溫度及15s的膨化時間可使膨脹石墨前軀體得到充分的膨脹形成具有高比表面積的膨脹石墨，并且最后還經溶液純化處理使本發(fā)明所制備的膨脹石墨純度高，碳含量大于99.5%，鐵含量小于30ppm。
文檔編號C01B31/04GK103043655SQ20121050888
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權日2012年11月29日
發(fā)明者趙東輝, 戴濤, 周鵬偉 申請人:東莞市翔豐華電池材料有限公司