[发明专利]一种制备高纯度多孔石墨的方法

说明书

本发明涉及一种制备高纯度多孔石墨的方法，先用电化学方法将无定形碳石墨化，得到嵌有MX颗粒的石墨基复合材料，然后将所得复合材料在含氧气氛中进行氧化处理，所得氧化处理后的固体冷却后进行洗涤，除去其中的电解质杂质，即得到多孔石墨材料。本发明能够适用于含杂原子较高的无定形碳电化学石墨化后的除杂，极大地拓展了无定形碳前驱体的来源，可使用可再生资源，更加节能环保；除杂效果好，能够实现电解质的全部去除，得到极高纯度的多孔石墨；得到的多孔石墨存在片层石墨之间的堆积孔，片层石墨上本身也有孔，能够应用于多种领域。应用于离子嵌入型电极材料时，具有很好的容量及倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种制备高纯度多孔石墨的方法，属于碳材料技术领域。

背景技术

专利CN 103510103报道了一种电化学石墨化方法，可以将无定型碳转化为石墨，其所制备的石墨主要是由石墨纳米片杂乱堆积而成，纳米片在平面方向上的尺寸往往为微米级，因此被称为是一种具有堆积孔的多孔石墨。生物质碳材料普遍含有N、H、O等杂原子，且其总含量原子比一般在12％以上。发明人在研究中发现，对于含杂原子，尤其是杂原子数量较多的无定形碳，石墨化后产物中含有大量的电解质杂质，且很难通过洗涤去除。推测这些杂原子增加了碳原子重排成石墨结构的困难，容易引起石墨结构出现缺陷从而导致电解质盐限域其中从而很难去除。电解质盐的存在对转化石墨的在电池材料领域的应用带来了限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将无定形碳电化学石墨化后进行除杂同时得到片层造孔的多孔石墨的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

一种制备高纯度多孔石墨的方法，包括如下步骤：

(1)将无定形碳与集流体复合作为阴极，在700℃以上的MX熔盐电解质中进行电解使其石墨化，将石墨化后的阴极取出，冷却、洗涤、干燥后得到嵌有MX颗粒的石墨基复合材料；

(2)将所得嵌有MX颗粒的石墨基复合材料在含氧气氛中进行氧化反应；

(3)将所得氧化产物冷却后进行洗涤，除去其中的电解质杂质，然后烘干，即得到多孔石墨材料。

步骤(1)电化学石墨化过程可参考专利CN 103510103。

优选地，所述的无定形碳包括生物质碳、活性炭、炭黑、碳纤维、煤或焦炭。

优选地，所述的生物质碳为生物质材料或者包含生物质材料的混合物自然碳化、加热碳化或在步骤(1)熔盐中现场碳化而成。

优选地，所述的生物质材料来自水生、陆生动植物。

优选地，所述MX为单一化合物或混合物，其中M任选自碱金属或碱土金属，X为卤元素。

优选地，所述MX为氯化锂、氯化钙、氯化钡中的任一种，或者为含氯化锂、氯化钙、氯化钡中的任一种的混合物。

优选地，所述含氧气氛中氧气的体积含量为10～40％，优选为空气，也可以为氧气与惰性气体的人为混合物。

优选地，所述氧化温度为200-500℃，时间为0.5-20小时。

优选地，步骤(3)中采用水洗和/或稀盐酸洗。

本发明的另一目的是提供一种多孔石墨，采用上述的方法制备得到，所述多孔石墨中基本石墨结构单元上所造孔的尺寸为纳米至亚微米级。

发明人在研究中发现石墨层状结构中的电解质颗粒能够催化其周围碳的氧化，当氧化温度较低其他部分碳尚未明显氧化时，电解质周围的碳已经开始氧化，在石墨结构中形成孔隙，使电解质杂质颗粒暴露进而易于洗涤去除。