CN108281655A - 锂离子电池石墨烯负极材料的制备方法 - Google Patents

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钱阳
孙兰娟
芮忠南
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池石墨烯负极材料的制备方法，该制备方法是以鳞片石墨和钠盐为原料，加入浓酸和强氧化剂，在一定条件下制得混合溶液1，然后微微升温，加入水和双氧水，制得溶液2，经过滤、洗涤、干燥制得氧化石墨，接着进行超声波剥离得到氧化石墨烯溶液，最后加入反应剂过滤，干燥，即得石墨烯材料。通过本方法制得的石墨烯材料具备十分优异的电化学性能。

Description

锂离子电池石墨烯负极材料的制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种锂离子电池石墨烯负极材料的制备方法。
背景技术
石墨烯材料以其高导电性、高比表面积、高强度和刚度等特性，在光电、储能、化学催化等诸多领域获得了广泛的应用，尤其在锂离子电池领域更为突出。随着新能源汽车产业的发展，汽车动力电池对能量密度、功率密度提出了更高的要求。石墨烯作为锂离子电池的一种理想的负极材料，为锂离子电池高性能的突破带来了可能，从而使得高容量、高倍率、长寿命的锂离子电池材料的研究迎来了热潮。迄今为止，石墨烯的制备方法已有很多种，主要包括机械剥离法、外延晶体生长法、加热SiC法、化学气相沉积法、石墨插层法、氧化石墨还原等方法。
传统的机械剥离法的优点是所得产物可以保持较完美的晶体结构，缺陷含量较低，缺点是效率很低。化学气相沉积法最大的优点是可制备出大面积的石墨烯，生产工艺比较完善。但缺点在于，使用这种方法得到的石墨烯，在某些性能上可以与机械剥离法制备的石墨烯相比，但缺乏后者所具有的另一些属性，它制备所得石墨烯的电子性质受衬底的影响很大。氧化还原法是最有可能实现石墨烯规模化制备的方法。该法把鳞片石墨经过一系列氧化反应获得氧化石墨，再还原得到石墨烯。此法可制备大量廉价的石墨烯材料，这归因于石墨与强氧化剂发生反应会使石墨层间距加大而成为氧化石墨。缺点是经强氧化剂氧化过的石墨不一定能够完全还原，使其导电性能损失很大。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种锂离子电池石墨烯负极材料的制备方法。
一种锂离子电池石墨烯负极材料的制备方法，包括以下步骤：a、将硝酸钠、鳞片石墨和高锰酸钾的混合物加入到浓硫酸溶液中，硝酸钠、石墨、高锰酸钾和浓硫酸的质量比为4：5：6：6；在0度的冰浴条件下搅拌反应得到混合液，混合液静止反应2.5小时；
b、将上述混合液升温至30度，反应2小时，加入两倍浓硫酸质量的去离子水，混合均匀后滴加双氧水，至溶液变成亮黄色为止；然后过滤得到滤饼，溶液用3.5％的盐酸溶液洗涤三次，然后用去离子水洗涤至溶液变为中性；
c、将滤饼于65℃下干燥30小时，即得氧化石墨；
d、取一定量的氧化石墨，加入去离子水，并进行超声波剥离，得到氧化石墨烯溶液；
e、按与氧化石墨质量比为1：20向制得的氧化石墨烯溶液中加入水合肼，在92℃下搅拌反应3h后过滤洗涤，得到滤饼；将滤饼干燥，即得到石墨烯成品。
电池负极片的制备经过加入其它材料研磨、涂覆、干燥、冲片等工序制得，最后与隔膜、电解液、正极片等一起装配成成品电池。对制得的石墨烯负极材料及电池各项性能进行测试。
有益效果：
1、可成功剥离氧化石墨，转变成单层或多层结构的石墨烯，实现大容量储锂。
2、制得的GNS呈片层分布，局部存在较少层数的堆叠状态。
3、装配成电池后，恒流充放电曲线显示在首次嵌锂的过程中，电压先急剧下降到1.3V，之后缓慢下降至0V，存在一定的电压滞后，且没有明显的放电平台。
4、GNS用作负极材料首次脱锂比容量达900mAh/g，远高于传统石墨材料的370mAh/g，且经过20次循环充放电后，仍具有较高的容量保持率，可达90％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为制得的石墨烯(GNS)的TEM图像。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例：
一种锂离子电池石墨烯负极材料的制备方法，包括以下步骤：a、将硝酸钠、鳞片石墨和高锰酸钾的混合物加入到浓硫酸溶液中，硝酸钠、石墨、高锰酸钾和浓硫酸的质量分别为40g，50g，60g和60g，在0度的冰浴条件下搅拌反应得到混合液，混合液静止反应2.5小时；
b、将上述混合液升温至30度，反应2小时，加入60ml去离子水，混合均匀后滴加双氧水，至溶液变成亮黄色为止；然后过滤得到滤饼，溶液用3.5％的盐酸溶液洗涤三次，然后用去离子水洗涤至溶液变为中性；
c、将滤饼于65℃下干燥30小时，即得氧化石墨；
d、取一定量的氧化石墨，加入去离子水，并进行超声波剥离，得到氧化石墨烯溶液；
e、按与氧化石墨质量比为1：20向制得的氧化石墨烯溶液中加入水合肼，在92℃下搅拌反应3h后过滤洗涤，得到滤饼；将滤饼干燥，即得到石墨烯成品。
表1为不同循环次数的放电比容量
表1不同循环次数的放电比容量
从表1可知，GNS用作负极材料首次脱锂比容量达950mAh/g，远高于传统石墨材料的350mAh/g，且经过20次循环充放电后，仍具有较高的容量保持率，可达90％。GNS的嵌锂反应不仅发生在GNS层间，还发生在GNS片层的边缘与微孔孔洞之中，因而储锂容量很高。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。

Claims (1)

1.一种锂离子电池石墨烯负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、将硝酸钠、鳞片石墨和高锰酸钾的混合物加入到浓硫酸溶液中，硝酸钠、石墨、高锰酸钾和浓硫酸的质量比为4：5：6：6；在0度的冰浴条件下搅拌反应得到混合液，混合液静止反应2.5小时；
b、将上述混合液升温至30度，反应2小时，加入两倍浓硫酸质量的去离子水，混合均匀后滴加双氧水，至溶液变成亮黄色为止；然后过滤得到滤饼，溶液用3.5％的盐酸溶液洗涤三次，然后用去离子水洗涤至溶液变为中性；
c、将滤饼于65℃下干燥30小时，即得氧化石墨；
d、取一定量的氧化石墨，加入去离子水，并进行超声波剥离，得到氧化石墨烯溶液；
e、按与氧化石墨质量比为1：20向制得的氧化石墨烯溶液中加入水合肼，在92℃下搅拌反应3h后过滤洗涤，得到滤饼；将滤饼干燥，即得到石墨烯成品。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108807942A (zh) * 2018-07-19 2018-11-13 大同新成新材料股份有限公司 一种利用氧化石墨烯制备锂离子负极材料的方法
CN110048112A (zh) * 2019-04-29 2019-07-23 河南九龙新能源材料有限公司 一种石墨烯复合负极材料制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102263265A (zh) * 2010-10-09 2011-11-30 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 锂离子电池导电添加剂及其制备方法
CN103663432A (zh) * 2012-09-26 2014-03-26 海洋王照明科技股份有限公司 石墨烯及其制备方法与锂离子电池
CN104671232A (zh) * 2013-11-29 2015-06-03 上海悦达墨特瑞新材料科技有限公司 一种石墨烯的制备方法及其制备的石墨烯的应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102263265A (zh) * 2010-10-09 2011-11-30 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 锂离子电池导电添加剂及其制备方法
CN103663432A (zh) * 2012-09-26 2014-03-26 海洋王照明科技股份有限公司 石墨烯及其制备方法与锂离子电池
CN104671232A (zh) * 2013-11-29 2015-06-03 上海悦达墨特瑞新材料科技有限公司 一种石墨烯的制备方法及其制备的石墨烯的应用

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108807942A (zh) * 2018-07-19 2018-11-13 大同新成新材料股份有限公司 一种利用氧化石墨烯制备锂离子负极材料的方法
CN110048112A (zh) * 2019-04-29 2019-07-23 河南九龙新能源材料有限公司 一种石墨烯复合负极材料制备方法

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