(19)国度学问产权局(12)创造专利申请(10)申请布告号(43)申请布告日(21)申请号9.2(22)申请日2023.03.09(71)申请人中国百姓军事科学院防化研地方102205北京市昌平区阳坊镇核心南街37号院(72)创造人明海张松通祝夏雨张文峰(74)专利署理机构中国火器工业集团公司专利核心11011专利署理师(51)Int.Cl.C01B32/05(2017.01)H01M4/587(2010.01)C01B32/17(2017.01)C01B32/196(2017.01)C01B32/378(2017.01)(54)创造名称一种锂离子电池用碳质料的深度净化法子(57)摘要本创造公然一种实践锂离子电池用碳质料的深度净化法子，属于能源质料周围。鉴于锂离子电池用碳基负极、正/负电极用导电碳增加剂对纯度的条件极高，因个人杂质会蓄积正在电极或隔阂表观酿成短道，或行为活性催化位点诱发电池副反响，或游离正在电解液中搅扰载流子转移，影响电池本能。本创造通过欺骗酸性或碱性水蒸汽蒸馏的法子、正在尽也许仍旧碳质料组织和物化特色的根底上对其举办深度净化，不光竣工了固液相天然散开，便于质料的后续行使，也可通过调控酸性或碱性蒸汽竣工多种杂质的选取性净化。该创造既简化了碳质料的净化工艺，也不损害碳质料组织和物化特色，加强了其正在电池中的运用效用，正在质料加工和电池周围拥有优秀的运用远景。权柄条件书1页仿单4页附图2页CN1164251411.一种锂离子电池用碳质料的深度净化法子，其特点正在于，网罗如下举措：举措1、将去离子水或水溶液(5)参与玻璃容器(4)中，并正在玻璃容器(4)中放入磁力搅所述水溶液(5)为醋酸、硝酸、过氧化氢、盐酸、草酸、次氯酸、氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸、亚硫酸、氢硫酸、氨中的一种以上；举措2、将须要净化的碳质料置于砂芯漏斗(3)中，让砂芯漏斗(3)与玻璃容器(4)相接，砂芯漏斗(3)上部相接蛇形冷凝管(1)，仍旧冷却水络续供应；举措3、将玻璃容器(4)置于加热磁力搅拌器(7)之上，磁力搅拌子(6)仍旧匀速动弹以防范爆沸，加热去离子水或水溶液(5)至100～200，去离子水或水溶液(5)蒸汽透过砂芯漏斗(3)和碳质料(2)并造成回流；举措4、净化举办5～30分钟后，住手加热让玻璃容器(4)冷却，将玻璃容器中(4)的去离子水或者水溶液(5)调换为未行使的去离子水或者水溶液(5)，并将玻璃容器(4)再次置于加热磁力搅拌器(7)之上；举措5、反复1～100次举措3、举措4，待玻璃容器(4)冷却，将碳质料(2)取出置于线线幼时，即可得回深度净化的碳质料(2)净化碳。2.凭据权柄条件1所述的一种锂离子电池用碳质料的深度净化法子，其特点正在于，所述碳质料为活性炭、碳气凝胶、石墨、硬碳、软碳、碳纳米管、石墨烯、生物质碳、碳纤维中一种及以上。3.凭据权柄条件1所述的一种锂离子电池用碳质料的深度净化法子，其特点正在于，所述砂芯漏斗(3)的破绽孔径为100～500目。4.凭据权柄条件1所述的一种锂离子电池用碳质料的深度净化法子，其特点正在于，所述磁力搅拌子，动弹速率为100～3000转/分钟。5.一种锂离子电池用碳质料的深度净化法子，其特点正在于，欺骗权柄条件1‑4任一项所述法子对碳质料实践净化或许断根碳质料中杂沓、包覆或吸附的杂质。CN116425141一种锂离子电池用碳质料的深度净化法子本领周围[0001]本创造属于能源质料周围，通过欺骗酸性或碱性水蒸汽固液相散开蒸馏的法子、正在尽也许仍旧碳质料组织和物化特色的根底上对锂离子电池用碳质料举办深度净化，使碳质料拥有高的纯度，避免碳质料中杂质对电池本能的倒霉影响，加强其正在电池中的运用效布景本领[0002]锂离子电池得回了市集的广博体贴，已正在电动汽车、手持式电子产物等周围获得了运用。但跟着锂电池的大范围运用，从事变爆发概率角度来说，对其太平性提出了更高的条件。是以，商酌者正在统筹电池本能的同时，对电池太平性举办深化商酌，明白以为，跟着电池的充放电(氧化还原)流程举办，电极体例内的个人杂质原子会被氧化成离子，此后还原富集正在特定区域，其副效率紧要呈现正在如下三个方面：一是个人金属相杂质颗粒会浸积正在电极质料或隔阂的表观，刺穿隔阂，酿成内短道诱发烧失控；二是个人杂质会正在电极的表观造成少少高活性的催化位点，影响电极表观的SEI/CEI膜造成，催化加快电解液的了解，使得电池胀气胀包或者本能快速衰减；三是杂质的阳离子或阴离子进入电解液，改革电解液的组分和溶剂化组织，搅扰载流子的转移，酿成活性锂的牺牲，诱发电解液的失效。经此前豪爽文件调研，充沛注明：离子电池中所用各碳质料的纯度对电池本能的影响极为闭头。[0003]调研察觉，锂离子电池中的负极通常时采用石墨和硬碳质料，同时负极中也会引入导电碳黑、碳纳米管等，正极则往往会引入碳纤维、碳气凝胶、导电碳黑、纳米石墨等质料以扩充电极的导电性，上述锂离子电池用负极、正/负电极用导电碳增加剂等碳基质料，正在其造备流程中往往须要履历催化集合或多次高温煅烧的流程，从而会区别水平正在质料本体或者空间组织内残留金属单质颗粒、金属氧化物、无机盐、有机物或因碳质料相对高的比表观和充足的孔道吸附的气相杂质等，这些杂质若未取得深度净化，陪同电池的充放电(氧化还原)流程，杂质也会插手电池的氧化还原进程，个人杂质会蓄积正在电极或隔阂表观酿成短道，或行为活性催化位点诱发电池副反响，或游离正在电解液中搅扰载流子转移，首要影响电池本能。最有挑拨性的是，因碳质料充足的孔道和插层组织会使得亚纳米级其它杂质颗粒残留正在碳质料的内部，并且有些是正在碳化流程中造成，这些杂质颗粒与碳慎密的维系正在沿道，惯例的酸碱溶液洗涤法子无法有用对相应杂质举办断根净化。[0004]目前，碳质料的净化或纯化措置法子较多，概略上分为固液相羼杂再三洗涤和高温高压临界萃取两大类。前者的思绪是通过液相介质对碳质料中的杂质举办断根，后者须要用到高温高压反响釜，耗能较高，存正在太平隐患。这些法子的净化或纯化道理均是使碳质料中的杂质正在强酸和少量氧化剂或强碱的协同效率下了解/消融，造成易溶于液相介质的离子化合物，此后再举办两相的散开以得回高纯度碳质料。但对待锂离子电池用碳质料来说，不光条件纯度较高，正在反响流程中，限于碳质料的强吸附才能或杂质与碳质料的强耦合才能，上述法子得回的碳质料纯度尚有擢升的空间，且再三的洗涤或萃取流程，也容易引入新的杂质；另表，锂离子电池用碳质料对组织和物化特色条件也较高，紧假若电子转移率和CN116425141离子扩散率，氧化性或者还原性过强的洗涤处境会对碳质料的空间组织和物化特色酿成影响，比如淤塞锂离子脱嵌通道、消浸电子导电率、孔道组织坍塌影响电解液浸润等，并且净化流程中须要用到豪爽的HO，能耗也高，既不经济、也不环保，故锂离子电池用碳质料的代价本钱往往相对较高。针对上述题目，为了得回锂离子电池用的高纯度碳质料，近年来已有不少学者正在探究更为便捷、更为有用的造备法子，但仍未见批量、可络续净化碳质料的简单 法子报道，特别是或许竣工深度净化的更为少见。基于以上酌量，本专利革新性的将酸性或 碱性溶液的了解/消融才能与水蒸汽的低表观张力净化碳、高渗入性相维系，提出了通过欺骗酸性 或碱性水蒸汽固液相散开蒸馏的法子，该法子或许正在净化的同时不引入新的杂质，也能尽 也许的仍旧碳质料组织和物化特色完美电竞，确保碳质料正在电池中的运用效用取得发扬。 创造实质 [0005] 为管理上述的题目，本创造提出了通过欺骗酸性或碱性水蒸汽固液相散开蒸馏的 法子，目标正在于尽也许仍旧碳质料组织和物化特色的根底上对其举办深度净化措置，仍旧 固液相天然散开可促使杂质实时从碳质料平散开完美电竞，便于质料的后续行使，通过调控酸性或 碱性蒸汽可竣工多种杂质选取性净化，加强其正在电池中的运用效用，正在质料加工和电池领 域拥有优秀的运用远景。 [0006] 一种锂离子电池用碳质料的深度净化法子完美电竞，其特点正在于，措置法子的举措如下： [0007] 举措一：将去离子水或醋酸、硝酸、过氧化氢、盐酸、草酸、次氯酸、氢氟酸、氢溴酸、 氢碘酸、亚硫酸、氢硫酸、氨中的一种以上水溶液参与玻璃容器中，并正在玻璃容器中放入磁 力搅拌子； [0008] 举措二：将须要净化的碳质料置于砂芯漏斗中，让砂芯漏斗与玻璃容器相接，砂芯 漏斗上部相接蛇形冷凝管，仍旧冷却水络续供应； [0009] 举措三：将玻璃容器置于加热磁力搅拌器之上，磁力搅拌子仍旧匀速动弹以防范 爆沸，加热去离子水或水溶液至100～200，去离子水或水溶液蒸汽透过砂芯漏斗和碳材 料并造成回流； [0010] 举措四：净化举办5～30分钟后，住手加热让玻璃容器冷却，将玻璃容器中的去离 子水或者水溶液调换为未行使的去离子水或者水溶液，并将玻璃容器再次置于加热磁力搅 拌器之上； [0011] 举措五：反复举措(三)和举措(四)1～100次，待玻璃容器冷却，将碳质料取出置于 线线幼时，即可得回深度净化的碳质料； [0012] 所述碳质料为活性炭、碳气凝胶完美电竞、石墨、硬碳、软碳、碳纳米管、石墨烯、生物质碳、 碳纤维中一种及以上； [0013] 所述水溶液为醋酸、硝酸、过氧化氢、盐酸、草酸、次氯酸、氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸、 亚硫酸、氢硫酸、氨中一种及以上水溶液； [0014] 所述砂芯漏斗的破绽孔径为100～500目； [0015] 所述磁力搅拌子，动弹速率为100～3000转/分钟； [0016] 有益功效与革新点： [0017] (1)本创造通过欺骗蒸汽较低的表观张力，直达碳质料孔道内部，维系酸性/碱性 组分的效率，竣工碳质料内部的深度净化，净化之后、含有杂质的溶液体例或许实时的通过 CN116425141 砂芯漏斗与碳质料散开，确保了净化反响的可络续举办，确保溶液中的杂质离子/分子与碳质料的实时散开，可有用避免因碳质料高的比表观和充足的空间孔道组织吸附离子而酿成 杂质净化不彻底。 [0018] (2)酌量到碳质料中也许有区别类型的杂质，且受液体表观张力的影响，古代的酸 或者碱洗涤不行深达碳质料的内部孔道，故无法举办多种杂质原子的断根，该法子可通过 灵敏调解被加热的去离子水或水溶液，选取性的对杂质原子举办精准断根，避免了不需要 的浪掷，并且蒸汽渗透孔道才能强，有帮于碳质料的深度净化。 [0019] (3)该法子操作条件简单、范围化难度低、太平高效、无废排放，绿色环保、经济性 高，既简化了碳质料的净化工艺，也不损害碳质料的空间组织和物化特色，加强了其正在锂离 子电池中的运用效用，正在质料加工和电池周围均有优秀的运用远景。 [0020] (4)该法子通过职掌水溶液中的酸或碱性组分、反响温度等，还能够同步竣工碳材 料的效用化改性。 附图声明： [0021] 图1锂离子电池用碳质料的深度净化安装示希图。 [0022] 图中：为蛇形冷凝管，为碳质料，为砂芯漏斗，为玻璃容器，为去离子水 或水溶液，磁力搅拌子，为磁力加热搅拌器。 [0023] 图2待净化的碳纳米管粉末扫描电子显微镜图像。 [0024] 图中：标尺为1000nm。 [0025] 图3待净化之前的碳纳米管各元素组分。 [0026] 纵坐标为各元素的质地百分数，无单元；横坐标为碳质料元素构成。 [0027] 图4净化之后的碳纳米管各元素组分。 [0028] 纵坐标为各元素的质地百分数，无单元；横坐标为碳质料元素构成。 整个实践式样 [0029] 为容易知道本创造，下面罗列实例对本创造作进一步疏解，所举实例仅为帮帮说 明和知道本创造，不应视为对本创造的本质运用的节造。 [0030] 实践例1 [0031] 将1摩尔每升的硝酸水溶液参与玻璃容器中，并正在玻璃容器中放入磁力搅拌子，将 待洗涤的10克碳纳米管(纳米管扫描电子图像详见图2)置于300目标砂芯漏斗中，让砂芯漏一种锂离完美电竞子电池用碳原料的深度净化伎俩