[发明专利]一种化学气相沉积改性石墨的制备方法

说明书

本发明公开了一种化学气相沉积改性石墨的制备方法，以乙醇为碳源，以Ni作为催化剂，催化剂担载量为1wt％、2wt％、3wt％、4wt％和4.5wt％，以石墨为基底，通过化学气相沉积法对石墨进行改性。本发明采用超声波辅助，冷冻干燥和化学气相沉积法实现在石墨的表面上原位的生长多壁碳纳米管，所得碳纳米管的尺寸均一，最佳的管径在20～30nm。改性后的石墨电池容量与未改性的相比较电池容量增加了149mAg^‑1，利用低担载量Ni催化剂，减少贵金属浪费、降低成本；超声辅助冷冻干燥法担载的催化剂分散较为均匀、比表面积增加，改变了石墨表面的微观结构，制备得到的化学气相沉积改性改性石墨作为电极材料提高了电池的电性能。

技术领域

本发明属于石墨改性技术领域，具体涉及一种化学气相沉积改性石墨的制备方法。

背景技术

自1991年日本Sony公司将锂离子电池商品化以来，锂离子电池以其能量高、工作电压高、负载特性好、充电速度快、安全物污染等特点，迅速在移动电话、微型相机、掌上电脑、笔记本电脑等领域具有广泛的应用。

负极材料容量是影响电池容量的重要因素之一，石墨以其价廉、无毒、高的比容量(200mAg^-1～400mAg^-1)、低的电极电位和高的循环效率(>95％) 等优点使其成为目前主流的锂离子电池的负极材料。

然而，由于石墨层间距离小于(d₀₀₂≤0.34nm)石墨嵌锂化合物Li_xC₆的晶面的层间距(0.37nm)。导致在充放电过程中，石墨层间距的改变，易造成石墨层剥落、粉化，以及发生锂离子与有机溶剂分子共同嵌入石墨层及有机溶剂分解，进而影响了电池的循环性能。因此，需要对石墨进行改性，利用化学气相沉积的方法，在石墨的表面上原位的生长碳纳米管，增加基底石墨的比表面积和活性是一种研究趋势。

2011年2月16日公开的公开号为CN101355150B、名称为《锂离子电池用石墨碳纳米管复合电极材料的制备方法》专利，其中就是在石墨的表面上原位的生长碳纳米管，取得了较好的性能。但其技术方案中采用的催化剂 Ni的担载量为5～40％，担载量大成本较高、催化剂分散不均匀且催化剂比较面积小，导致催化性能不佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种化学气相沉积改性石墨的制备方法，解决了现有技术中存在的催化剂担载量高、催化剂分散不均匀且比较面积小的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种化学气相沉积改性石墨的制备方法，以乙酸镍为催化剂来源，石墨为担载体，通过超声波辅助、真空冷冻干燥制备Ni/C的催化剂，其中Ni/C的催化剂为单原子催化剂，最后利用化学气相沉积法改性石墨。

详细步骤如下：

步骤1、将乙酸镍的去离子水溶液，在快速搅拌下，缓慢地加入担载体石墨，超声处理使其混合均匀，置于液氮中进行真空冷冻干燥，制备得到质量比为1～4.5wt％的Ni/C催化剂前驱体；

步骤2、将步骤1所得到的Ni/C的催化剂前驱体置于化学气相沉积炉内，在氩气气氛中，以2℃/min的速度升温到340℃～360℃，保温，然后转为氢气气氛，以2℃/min速度升温到480℃～520℃还原，得到Ni/C催化剂；

步骤3、还原结束后停止通入氢气，然后通入氩气将化学气相沉积炉内中残余的氢气排干净，最后升温至设定的反应温度后向汽化器中注入乙醇，通过汽化器汽化后的乙醇进入化学气相沉积炉内进行催化裂解反应，制得化学气相沉积改性石墨。

本发明的特点还在于：

步骤1中超声处理时间为5～7h。

步骤1中担载石墨平均粒径18.3um。

步骤1中担载石墨含碳量为96.0wt％～99.0wt％。