[发明专利]一种蠕虫石墨及其制备方法

说明书

本发明属于化工材料制备的技术领域，公开了一种蠕虫石墨及其制备方法。方法：1)以碱性金属为负极，石墨极片为正极，碱性金属盐的有机溶液为电解液，充放电数次，最后充电至所需电压，取出石墨极片；2)将石墨极片在保护性气氛下高温煅烧，获得蠕虫石墨；碱性金属为锂，钠或钾；碱性金属盐为锂盐、钠盐或钾盐中的一种以上；碱性金属盐的有机溶液中有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯中两种以上。本发明的方法简单，以有机溶液为电解液，离子插层更均匀；所得产物为蠕虫石墨，不含硫、氮等杂质，品质更优；同时本发明的方法环境污染小，电解液可回收利用、符合绿色化学理念。

技术领域

本发明属于化工材料制备的技术领域，具体涉及一种蠕虫石墨及其电化学制备方法。

背景技术

石墨是一种碳的同素异形体，它的结晶格架为六边形层状结构，每一网层间的距离为340pm，同一网层中碳原子的间距为142pm。石墨是一种储量十分丰富的碳质元素结晶矿物，以多种形式广泛存在。由于其特殊结构，石墨具有耐高温性、导电性、润滑性、可塑性等特殊性质，在军工与现代工业领域中被广泛应用。特别是，随着化工产业的不断发展和人们消费水平不断提高，全球对石墨的需求量已经稳步上升。蠕虫石墨是一种膨胀的石墨，具有疏松多孔的蠕虫状结构。它不仅保留了原有石墨的耐高温、耐腐蚀、耐辐射、导电性等优良性质，而且还具有柔软性、回弹性、自粘性、不渗透性、吸附性和低密度等特性。目前，蠕虫石墨在石油、化工、医药、储能、核工业等方面的应用尤为广泛。例如，蠕虫石墨处理成柔性石墨可作为密封材料使用，也可制成防火密封条、防火堵料、阻火圈等；同样地，蠕虫石墨也可以被用来处理污水，将水中的非水性(如油脂类有机大分子)的溶液选择性地除去。

蠕虫石墨的制备主要包括以下两个步骤：1)利用物理或化学方法将性质异于石墨的外来物质插入石墨片层，2)利用热或微波的作用将上述层间插入物质瞬间分解气化，最后形成疏松多孔的蠕虫状石墨。目前，蠕虫石墨的制备方法主要有两种：化学氧化法和电化学氧化法。化学氧化法制备工艺简单、产品质量稳定，但制备需要用到强酸和强氧化剂，不仅对装置耐腐蚀性要求高，而且废弃物对环境也会造成严重污染。相比之下，电化学法利用石墨所具有的导电性，使溶液中的电解质离子迁移嵌入石墨层，从而制备可膨胀石墨。过程中使用的电解液也可回收重复利用。传统的膨胀石墨制备主要基于水系电解液，电解质主要为H₂SO₄、HNO₃等，在电解过程中石墨层缺陷易与水或电解质反应，从而残留在石墨层中无法完全去除，严重影响阻碍了蠕虫石墨的品质。而且现有的电化学方法制备工艺使用的阳极材料多是不锈钢板、钛钉网等，采用水系电解液，这些材料容易溶解或钝化。

本发明通过电化学法在有机系电解液中制备了高性能蠕虫石墨，所制备的蠕虫石墨表现出结构松散，多孔而弯曲，表面积扩大。相比于传统的化学法和水系电化学法，利用有机电解液制备的蠕虫石墨不含硫、氮，品质更优。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种蠕虫石墨的电化学制备方法。本发明的方法采用含碱性金属盐的有机溶液作为电解液，并利用锂离子电池的“摇摆式”充放电的方式实现有效离子插层，不仅大幅度减少电解液的使用量和杂质的引入量，而且可以使离子插层嵌入更均匀并更可控。通过此方式得到的蠕虫石墨膨胀更充分，从而获得更高质量的蠕虫石墨。此外，使用有机电解液也扩大了阳极的使用(例如：商业化锂离子电池诸多负极材料的使用)，这样不仅丰富了阳极(材料)的选择，同时也能克服了采用易溶解、钝化电极使用(如水系电解液中使用不锈钢、钛钉网)的困难。

本发明的另一目的在于提供由上述制备方法得到的蠕虫石墨。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种蠕虫石墨的制备方法，包括以下步骤：

(1)以碱性金属为负极，石墨极片为正极，碱性金属盐的有机溶液为电解液，充放电数次，最后充电至所需电压，取出石墨极片；