CN109244368A - 一种氮掺杂石墨烯在锂离子电池负极制备中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氮掺杂石墨烯在锂离子电池负极制备中的应用，本发明采用的氮掺杂石墨烯含氧量少，且在其制备过程中氮掺入石墨碳晶格中，产生空位缺陷，为锂离子的附着提供了更多的活性位点，很好的提高了所述锂离子电池负极的电化学性能。根据实施例的记载，将所述锂离子电池负极安装到锂离子半电池中进行测试，其首次放电比容量可达852mAh/g，200次充放电循环后的放电比容量可达714mAh/g，库伦效率可达98％，说明氮掺杂石墨烯制备得到的锂离子电池负极在充放电过程中有较好的可逆性。

Description

一种氮掺杂石墨烯在锂离子电池负极制备中的应用
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池的制备方法。
背景技术
随着人类社会的发展，人们对清洁能源的需求日益增长，锂离子电池由于具有高理论容量、高能量密度、高工作电位、比其他二次电池自放电少、无记忆效应等优点，被认为是目前能量转换和存储领域最有前景的电化学储能系统。
目前，锂离子电池负极材料主要包括碳材料、金属氧化物/氮化物、合金材料或钛材料。其中石墨烯是一种二维层状结构的碳材料，由于其独特的性质，如快速离子嵌入和电荷转移能力以及与其他材料形成额外的化学键等因素，在锂离子电池中得到了广泛的关注。然而，石墨烯纳米片之间的再堆积及其较低的理论容量限制了其在电动和混合动力电动车辆中的进一步应用。
最近，由于氮的供电子能力，氮掺杂石墨烯已被广泛研究，将氮原子掺入石墨烯的晶格中可以增强其导电性并为锂离子附着提供更多的活化位点。进而提高锂离子电池的电化学性能。但现有技术中利用氮掺杂石墨烯制备得到的锂离子电池的负极的电化学性能依旧有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电化学性能好的锂离子电池的制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种氮掺杂石墨烯在锂离子电池负极制备中的应用，所述锂离子电池负极包括铜箔和涂敷在铜箔表面的负极材料；
所述负极材料包括氮掺杂石墨烯、乙炔黑和PVDF；
所述氮掺杂石墨烯由下述制备方法得到：
将三聚氰胺和氧化石墨烯分散液混合，进行水热反应，得到氮掺杂还原氧化石墨烯；
将所述三掺杂还原氧化石墨烯进行退火处理，得到氮掺杂石墨烯。
优选的，所述氮掺杂石墨烯、乙炔黑和PVDF的质量比为(45～80)：10：10。
优选的，所述锂离子电池负极的制备方法，包括以下步骤：
将氮掺杂石墨烯、乙炔黑和溶剂混合，干燥，得到活性材料；
将所述活性材料、PVDF溶液和N-甲基吡咯烷酮混合，得到黑色糊状物；
将所述黑色糊状物涂覆在铜箔表面，干燥，得到锂离子电池负极。
优选的，所述溶剂为乙醇和水；所述乙醇和水的体积比为(1.8～2.2)：1。
优选的，所述氮掺杂石墨烯的质量与溶剂的体积比为(45～80)mg：30mL。
优选的，所述PVDF溶液中PVDF占PVDF溶液的质量百分数为5.8％～6.2％；所述PVDF溶液的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
优选的，所述N-甲基吡咯烷酮的用量为0.1～0.3mL。
优选的，所述黑色糊状物在铜箔表面的涂覆量为1.61～1.95mg/cm2。
优选的，所述水热反应的温度为150～200℃，所述水热反应的时间为10～35h。
优选的，所述退火处理的温度为500～900℃，所述退火处理的时间为0.5～2.5h。
本发明提供了一种氮掺杂石墨烯在锂离子电池负极制备中的应用，所述锂离子电池负极包括铜箔和涂敷在铜箔表面的负极材料；所述负极材料包括氮掺杂石墨烯、乙炔黑和PVDF；所述氮掺杂石墨烯由下述制备方法得到：将三聚氰胺和氧化石墨烯分散液混合，进行水热反应，得到氮掺杂还原氧化石墨烯；将所述三掺杂还原氧化石墨烯进行退火处理，得到氮掺杂石墨烯。本发明采用的氮掺杂石墨烯含氧量少，且在其制备过程中氮掺入石墨碳晶格中，产生空位缺陷，为锂离子的附着提供了更多的活性位点，很好的提高了所述锂离子电池负极的电化学性能。根据实施例的记载，将所述锂离子电池负极安装到锂离子半电池中进行测试，其首次放电比容量可达852mAh/g，200次充放电循环后的放电比容量可达714mAh/g，库伦效率可达98％，说明氮掺杂石墨烯制备得到的锂离子电池负极在充放电过程中有较好的可逆性。
附图说明
图1为实施例1制备得到的氮掺杂石墨烯的SEM图；
图2为实施例1制备得到的氮掺杂石墨烯的TEM图；
图3为实施例1制备得到的氮掺杂石墨烯的XRD图；
图4为实施例1制备得到的氮掺杂石墨烯的XPS C1s谱图；
图5为实施例1制备得到的氮掺杂石墨烯的XPS N1s谱图；
图6为实施例1制备得到的所述锂离子电池负极的充放电循环图；
图7为对比例1和对比例2制备得到的所述锂离子电池负极的充放电循环图。
具体实施方式
本发明提供了一种氮掺杂石墨烯在锂离子电池负极制备中的应用，所述锂离子电池负极包括铜箔和涂敷在铜箔表面的负极材料；
所述负极材料包括氮掺杂石墨烯、乙炔黑和PVDF；
所述氮掺杂石墨烯由下述制备方法得到：
将三聚氰胺和氧化石墨烯分散液混合，进行水热反应，得到氮掺杂还原氧化石墨烯；
将所述三掺杂还原氧化石墨烯进行退火处理，得到氮掺杂石墨烯。
在本发明中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
在本发明中，所述锂离子电池负极包括铜箔。在本发明中，所述铜箔的厚度优选为8～25μm，更优选为10～20μm，最优选为14～16μm。
在本发明中，所述锂离子电池负极还包括涂敷在铜箔表面的负极材料；在本发明中，所述负极材料包括氮掺杂石墨烯、乙炔黑和PVDF。
在本发明中，所述氮掺杂石墨烯、乙炔黑和PVDF的质量比优选为(45～80)：10：10，更优选为(50～70)：10：10，最优选为(55～65)：10：10。
本发明对所述乙炔黑和PVDF没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中，所述乙炔黑为导电剂，所述PVDF为粘结剂。
在本发明中，所述氮掺杂石墨烯由下述制备方法得到：
将三聚氰胺和氧化石墨烯分散液混合，进行水热反应，得到氮掺杂还原氧化石墨烯；
将所述三掺杂还原氧化石墨烯进行退火处理，得到氮掺杂石墨烯。
本发明将三聚氰胺和氧化石墨烯分散液混合，进行水热反应、退火处理，得到氮掺杂石墨烯。
在本发明中，所述氧化石墨烯分散液的制备方法，优选包括以下步骤：将氧化石墨烯与水混合，得到氧化石墨烯分散液。在本发明中，所述石墨烯优选以石墨为原料，采用Hummer法制备得到。本发明对所述Hummer法的具体过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，所述混合优选在超声的条件下进行。在本发明中，所述超声的时间优选为0.5～1.5h，更优选为0.8～1.2h。本发明对所述超声的速率没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的超声速率即可。
在本发明中，所述氧化石墨烯分散液的浓度优选为0.5～5mg/mL，更优选为1～4mg/mL，最优选为2～3mg/mL。
在本发明中，所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯与三聚氰胺的质量比优选为1：(1～5)，更优选为1：(2～4)；在本发明的具体实施例中，所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯与三聚氰胺的质量比可以具体选择为1:1，1:3，1:5。
在本发明中，所述三聚氰胺和氧化石墨烯分散液混合的温度优选为60～90℃，更优选为65～85℃，最优选为70～80℃；所述三聚氰胺和氧化石墨烯分散液混合的时间优选为0.5～3.5h，更优选为1～3h，最优选为1.5～2.5h。
在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行。本发明对所述搅拌的速率和时间没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌速率和时间即可。
在本发明中，所述水热反应的温度优选为150～200℃，更优选为160～190℃，最优选为170～180℃；所述水热反应的时间优选为10～35h，更优选为15～30h，最优选为20～25h。
本发明对发生所述水热反应的装置没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的发生水热反应的装置即可。在本发明的具体实施例中可以具体选择为水热反应釜。
水热反应完成后，本发明优选对水热反应后得到的产物体系进行后处理；在本发明中，所述后处理包括冷却、过滤、洗涤和干燥。
在本发明中，所述冷却优选为自然冷却至室温。本发明对所述过滤没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过滤并得到固体产物即可。
在本发明中，所述洗涤优选为用盐酸洗涤后，再用蒸馏水洗涤；在本发明中，所述用盐酸洗涤的次数优选为4～5次；本发明对所述盐酸的浓度没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的盐酸的浓度进行洗涤；本发明对所述盐酸的用量没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用量即可。本发明对所述用蒸馏水洗涤的次数和蒸馏水的用量均没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的洗涤次数和用量并达到使产物至中性即可。
在本发明中，所述干燥优选为冷冻干燥，本发明对所述冷冻干燥没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的冷冻干燥过程即可。
在本发明中，所述退火处理的温度优选为500～900℃，更优选为600～800℃，最优选为650～750℃；所述退火处理的时间优选为0.5～2.5h，更优选为1.0～2.0h。
在本发明中，所述锂离子电池负极制备方法，优选包括以下步骤：
将氮掺杂石墨烯、乙炔黑和溶剂混合，干燥，得到活性材料；
将所述活性材料、PVDF溶液和N-甲基吡咯烷酮混合，得到黑色糊状物；
将所述黑色糊状物涂覆在铜箔表面，干燥，得到锂离子电池负极。
本发明将氮掺杂石墨烯、乙炔黑和溶剂混合，干燥，得到活性材料。
在本发明中，所述溶剂优选为乙醇和水；在本发明中，所述乙醇和水的体积比优选为(1.8～2.2)：1，更优选为(1.9～2.1)：1。
在本发明中，所述氮掺杂石墨烯与乙炔黑的质量比优选为(45～80)：10，更优选为(50～70)：10，最优选为(55～65)：10。
在本发明中，所述氮掺杂石墨烯的质量与溶剂的体积比优选为(45～80)mg：30mL，更优选为(50～70)mg：30mL，最优选为(55～65)mg：30mL。
在本发明中，所述混合优选在超声的条件下进行；在本发明中，所述超声的时间优选为20～40min，更优选为25～35min，最优选为28～32min。本发明对所述超声的速率没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的超声速率达到混合均匀的目的即可。
在本发明中，所述混合优选先将氮掺杂石墨烯和乙炔黑混合，然后将所述混合后得到的混合物与溶剂混合。
在本发明中，所述干燥优选依次包括烘干和真空干燥；在本发明中，所述烘干的温度优选为100～120℃，更优选为105～115℃，最优选为108～112℃；在本发明中，所述烘干的目的是蒸发溶剂。
在本发明中，所述真空干燥的温度优选为100～120℃，更优选为105～115℃，最优选为108～112℃；所述真空干燥的时间优选为20～30小时，更优选为22～28小时，最优选为24～26小时。在本发明中，所述真空干燥的目的是使所述混合物彻底干燥。
干燥完成后，本发明优选将得到的产物进行研磨；本发明对所述研磨没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的研磨过程进行即可。
得到活性材料后，本发明将所述活性材料、PVDF溶液和N-甲基吡咯烷酮混合，得到黑色糊状物。
在本发明中，所述PVDF溶液中PVDF占PVDF溶液的质量百分数优选为5.8％～6.2％，更优选为5.9％～6.1％；所述PVDF溶液中的溶剂优选为N-甲基吡咯烷酮。
在本发明中，所述活性材料中的氮掺杂石墨烯与PVDF溶液中的PVDF的质量比优选为(45～80)：10，更优选为(50～70)：10，最优选为(55～65)：10。
在本发明中，所述N-甲基吡咯烷酮的用量优选为0.1～0.3mL，更优选为0.15～0.25mL，最优选为0.18～0.22mL。
在本发明中，所述活性材料、PVDF溶液和N-甲基吡咯烷酮的混合顺序优选为将活性材料和PVDF溶液加入N-甲基吡咯烷酮中。本发明对所述的加入方式没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的加入方式即可。
本发明对所述混合的方式没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。
得到黑色糊状物后，本发明将所述黑色糊状物涂覆在铜箔表面，干燥，得到锂离子电池负极。
本发明对所述涂覆的方式没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的涂覆电极材料的方式进行涂覆即可。
在本发明中，所述涂覆量优选为1.61～1.95mg/cm2，更优选为1.7～1.9mg/cm2，最优选为1.75～1.85mg/cm2。
在本发明中所述干燥的温度优选为100～120℃，更优选为105～115℃，最优选为108～112℃；所述干燥的时间优选为20～30小时，更优选为22～28小时，最优选为24～26小时。在本发明中，所述干燥优选为真空干燥。
干燥完成后，本发明优选将铜箔进行裁片；本发明对所述裁片过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的裁片过程将铜箔裁成直径为14mm的圆片即可。
下面结合实施例对本发明提供的氮掺杂石墨烯在锂离子电池负极制备中的应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将0.6g氧化石墨烯与300mL蒸馏水在超声条件下混合1h，得到2mg/mL的氧化石墨烯分散液；
在80℃，搅拌的条件下，将上述氧化石墨烯分散液与0.6g三聚氰胺混合1h，移至反应釜，在180℃下，水热反应24h，自然冷却至室温，过滤去固体产物，用盐酸洗涤4次，再用蒸馏水洗涤至中性，冷冻干燥，得到氮掺杂的还原氧化石墨烯；
将所述氮掺杂还原氧化石墨烯在700℃条件下退火1h，得到氮含量的质量百分比为4.68％的氮掺杂石墨烯；
将80mg氮掺杂石墨烯与10mg乙炔黑混合，分散在20mL乙醇和10mL水的混合溶液中，超声30min，在110℃条件下烘干后，再在110℃条件下真空干燥24小时，研磨，得到活性材料；
将166.67mg质量浓度为5.9％PVDF的N-甲基吡咯烷酮溶液与所述活性材料混合加入0.13mL N-甲基吡咯烷酮中，得到黑色糊状物；
将黑色糊状物涂敷在铜箔上，负载量为1.61mg/cm2，在110℃条件下真空干燥12小时，用裁片机将铜箔裁成直径为14mm的圆片，得到锂离子电池负极；
在氩气气氛下，按由下至上的顺序将负极壳、锂片、隔膜、电解液、锂离子电池负极、钢片、斗篷弹片、正极壳组装成锂离子半电池电池，并进行电化学测试。
图1为所述氮掺杂石墨烯的SEM图，图2为所述氮掺杂石墨烯的TEM图；由图1和图2可知，所述氮掺杂石墨烯呈现出具有褶皱的透明的二维层状结构；
图3为所述氮掺杂石墨烯的XRD图，由图可知，所述氮掺杂石墨烯在26.43°和43.27°处的峰分别对应于石墨烯的(002)晶面和(100)晶面，证明氧化石墨烯在通过水热反应和退火处理后，被成功的还原为了结晶程度较好的石墨烯，且氮原子掺入石墨晶格中，未改变石墨烯的晶相结构；
图4为所述氮掺杂石墨烯的XPS C1s谱图，图5为所述氮掺杂石墨烯的XPS N1s谱图；由图可知，所述氮掺杂石墨烯中氮元素在石墨烯中主要以吡咯型氮存在占所有N含量的55.47％，吡啶型氮氧化物占所有N含量的17.6％，吡啶型氮占所有N含量的26.86％。而石墨烯晶格中存在的吡啶型氮会使石墨烯具有更多的空位；
图6为所述所述锂离子电池的充放电循环图，由图可知，所述锂离子电池的首次放电比容量为852mAh/g，200次充放电循环后，其放电比容量为714mAh/g，由此可见，所述锂离子电池的充放电循环稳定性较好；同时，所述锂离子电池由于首次充放电中固体电解质界面膜的形成，造成首次库伦效率为65％，但在10次循环以后，每次循环的库伦效率稳定在98％左右，由此可知，所述锂离子电池在充放电过程中具有较好的可逆性。
实施例2
将0.6g氧化石墨烯与300mL蒸馏水在超声条件下混合1h，得到2mg/mL的氧化石墨烯分散液；
在80℃，搅拌的条件下，将上述氧化石墨烯分散液与0.6g三聚氰胺混合1h，移至反应釜，在180℃下，水热反应24h，自然冷却至室温，过滤去固体产物，用盐酸洗涤4次，再用蒸馏水洗涤至中性，冷冻干燥，得到氮掺杂的还原氧化石墨烯；
将所述氮掺杂还原氧化石墨烯在500℃条件下退火1h，得到氮含量的质量百分比为4.82％的氮掺杂石墨烯；
将75mg的氮掺杂石墨烯与15mg的乙炔黑混合，分散在20mL乙醇和10mL水的混合溶液中，超声30min，在110℃条件下烘干后，再在110℃条件下真空干燥24小时，研磨，得到活性材料；
将250mg质量浓度为6.1％的PVDF的N-甲基吡咯烷酮溶液与所述活性材料混合加入0.15mLN-甲基吡咯烷酮中，得到黑色糊状物；
将黑色糊状物涂敷在铜箔上，负载量为1.61mg/cm2，在110℃条件下真空干燥12小时，用裁片机将铜箔裁成直径为14mm的圆片，得到锂离子电池负极；
在氩气气氛下，按由下至上的顺序将负极壳、锂片、隔膜、电解液、锂离子电池负极、钢片、斗篷弹片、正极壳组装成锂离子半电池进行电化学测试。
对本实施例制备得到的产品结构进行测试，其测试结果与实施例1基本一致。
实施例3
将0.6g氧化石墨烯与300mL蒸馏水在超声条件下混合1h，得到2mg/mL的氧化石墨烯分散液；
在80℃，搅拌的条件下，将上述氧化石墨烯分散液与0.6g三聚氰胺混合1h，移至反应釜，在180℃下，水热反应24h，自然冷却至室温，过滤去固体产物，用盐酸洗涤4次，再用蒸馏水洗涤至中性，冷冻干燥，得到氮掺杂的还原氧化石墨烯；
将所述氮掺杂还原氧化石墨烯在900℃条件下退火1h，得到氮含量的质量百分比为3.41％的氮掺杂石墨烯；
将75mg的氮掺杂石墨烯与15mg的乙炔黑混合，分散在20mL乙醇和10mL水的混合溶液中，超声30min，在110℃条件下烘干后，再在110℃条件下真空干燥24小时，研磨，得到活性材料；
将250mg质量浓度为5.9％的PVDF的N-甲基吡咯烷酮溶液与所述活性材料混合加入0.13mL N-甲基吡咯烷酮中，得到黑色糊状物；
将黑色糊状物涂敷在铜箔上，负载量为1.61mg/cm2，在110℃条件下真空干燥12小时，用裁片机将铜箔裁成直径为14mm的圆片，得到锂离子电池负极；
在氩气气氛下，按由下至上的顺序将负极壳、锂片、隔膜、电解液、锂离子电池负极、钢片、斗篷弹片、正极壳组装成锂离子半电池进行电化学测试。
对本实施例制备得到的产品结构进行测试，其测试结果与实施例1基本一致。
实施例4
将0.6g氧化石墨烯与300mL蒸馏水在超声条件下混合1h，得到2mg/mL的氧化石墨烯分散液；
在80℃，搅拌的条件下，将上述氧化石墨烯分散液与1.8g三聚氰胺混合1h，移至反应釜，在180℃下，水热反应24h，自然冷却至室温，过滤去固体产物，用盐酸洗涤4次，再用蒸馏水洗涤至中性，冷冻干燥，得到氮掺杂的还原氧化石墨烯；
将所述氮掺杂还原氧化石墨烯在700℃条件下退火1h，得到氮含量的质量百分比为4.34％的氮掺杂石墨烯；
将80mg的氮掺杂石墨烯与10mg的乙炔黑混合，分散在20mL乙醇和10mL水的混合溶液中，超声30min，在110℃条件下烘干后，再在110℃条件下真空干燥24小时，研磨，得到活性材料；
将166.67mg浓度为6.1％的PVDF的N-甲基吡咯烷酮溶液与所述活性材料混合加入0.13mL N-甲基吡咯烷酮中，得到黑色糊状物；
将黑色糊状物涂敷在铜箔上，负载量为1.61mg/cm2，在110℃条件下真空干燥12小时，用裁片机将铜箔裁成直径为14mm的圆片，得到锂离子电池负极；
在氩气气氛下，按由下至上的顺序将负极壳、锂片、隔膜、电解液、锂离子电池负极、钢片、斗篷弹片、正极壳组装成锂离子半电池进行电化学性能测试。
对本实施例制备得到的产品结构进行测试，其测试结果与实施例1基本一致。
实施例5
将0.6氧化石墨烯与300mL蒸馏水在超声条件下混合1h，得到2mg/mL的氧化石墨烯分散液；
在80℃，搅拌的条件下，将上述氧化石墨烯分散液与3.0g三聚氰胺混合1h，移至反应釜，在180℃下，水热反应24h，自然冷却至室温，过滤去固体产物，用盐酸洗涤4次，再用蒸馏水洗涤至中性，冷冻干燥，得到氮掺杂的还原氧化石墨烯；
将所述氮掺杂还原氧化石墨烯在700℃条件下退火1h，得到氮含量的质量百分比为4.42％的氮掺杂石墨烯；
将80mg的氮掺杂石墨烯与10mg的乙炔黑混合，分散在20mL乙醇和10mL水的混合溶液中，超声30min，在110℃条件下烘干后，再在110℃条件下真空干燥24小时，研磨，得到活性材料；
将166.67mg浓度为5.9％的PVDF的N-甲基吡咯烷酮溶液与所述活性材料混合加入0.13mL N-甲基吡咯烷酮中，得到黑色糊状物；
将黑色糊状物涂敷在铜箔上，负载量为1.61mg/cm2，在110℃条件下真空干燥12小时，用裁片机将铜箔裁成直径为14mm的圆片，得到锂离子电池负极；
在氩气气氛下，按由下至上的顺序将负极壳、锂片、隔膜、电解液、锂离子电池负极、钢片、斗篷弹片、正极壳组装成锂离子半电池进行电化学性能测试。
对本实施例制备得到的产品结构进行测试，其测试结果与实施例1基本一致。
对比例1
将80mg的还原氧化石墨烯与10mg的乙炔黑混合，分散在20mL乙醇和10mL水的混合溶液中，超声30min，在110℃条件下烘干后，再在110℃条件下真空干燥24小时，研磨，得到活性材料；
将166.67mg浓度为5.9％的PVDF的N-甲基吡咯烷酮溶液与所述活性材料混合加入0.13mL N-甲基吡咯烷酮中，得到黑色糊状物；
将黑色糊状物涂敷在铜箔上，负载量为1.61mg/cm2，在110℃条件下真空干燥12小时，用裁片机将铜箔裁成直径为14mm的圆片，得到锂离子电池负极；
在氩气气氛下，按由下至上的顺序将负极壳、锂片、隔膜、电解液、锂离子电池负极、钢片、斗篷弹片、正极壳组装成锂离子半电池进行电化学性能测试。
对比例2
将0.6g氧化石墨烯与300mL蒸馏水在超声条件下混合1h，得到2mg/mL的氧化石墨烯分散液；
在80℃，搅拌的条件下，将上述氧化石墨烯分散液与0.6g三聚氰胺混合1h，移至反应釜，在180℃条件下，水热反应24h，自然冷却至室温，过滤去固体产物，用盐酸洗涤4次，再用蒸馏水洗涤至中性，冷冻干燥，得到氮掺杂的还原氧化石墨烯；
将80mg的氮掺杂的还原氧化石墨烯与10mg的乙炔黑混合，分散在20mL乙醇和10mL水的混合溶液中，超声30min，在110℃条件下烘干后，再在110℃条件下真空干燥24小时，研磨，得到活性材料；
将166.67mg浓度为5.9％的PVDF的N-甲基吡咯烷酮溶液与所述活性材料混合加入0.13mL N-甲基吡咯烷酮中，得到黑色糊状物；
将黑色糊状物涂敷在铜箔上，负载量为1.61mg/cm2，在110℃条件下真空干燥12小时，用裁片机将铜箔裁成直径为14mm的圆片，得到锂离子电池负极；
在氩气气氛下，按由下至上的顺序将负极壳、锂片、隔膜、电解液、锂离子电池负极、钢片、斗篷弹片、正极壳组装成锂离子半电池进行电化学性能测试。
图7为对比例1和对比例2制备得到的所述锂离子电池的充放电循环图，由图可知，对比例1所述的锂离子电池的首次放电比容量为1107mAh/g，100次充放电循环后，其放电比容量降至320mAh/g；对比例2所述的锂离子电池的首次放电比容量为1250mAh/g，100次充放电循环后，其放电比容量降至395mAh/g，明显差于本发明所述的锂离子电池的电化学性能。
由以上实施例可知，本发明所述的锂离子电池的首次放电比容量可达852mAh/g，200次充放电循环后的放电比容量可达714mAh/g，库伦效率可达98％，说明该材料在充放电过程中有较好的可逆性和循环稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种氮掺杂石墨烯在锂离子电池负极制备中的应用，所述锂离子电池负极包括铜箔和涂敷在铜箔表面的负极材料；
所述负极材料包括氮掺杂石墨烯、乙炔黑和PVDF；
所述氮掺杂石墨烯由下述制备方法得到：
将三聚氰胺和氧化石墨烯分散液混合，进行水热反应，得到氮掺杂还原氧化石墨烯；
将所述三掺杂还原氧化石墨烯进行退火处理，得到氮掺杂石墨烯。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述氮掺杂石墨烯、乙炔黑和PVDF的质量比为(45～80)：10：10。
3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述锂离子电池负极的制备方法，包括以下步骤：
将氮掺杂石墨烯、乙炔黑和溶剂混合，干燥，得到活性材料；
将所述活性材料、PVDF溶液和N-甲基吡咯烷酮混合，得到黑色糊状物；
将所述黑色糊状物涂覆在铜箔表面，干燥，得到锂离子电池负极。
4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述溶剂为乙醇和水；所述乙醇和水的体积比为(1.8～2.2)：1。
5.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述氮掺杂石墨烯的质量与溶剂的体积比为(45～80)mg：30mL。
6.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述PVDF溶液中PVDF占PVDF溶液的质量百分数为5.8％～6.2％；所述PVDF溶液的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
7.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述N-甲基吡咯烷酮的用量为0.1～0.3mL。
8.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述黑色糊状物在铜箔表面的涂覆量为1.61～1.95mg/cm2。
9.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述水热反应的温度为150～200℃，所述水热反应的时间为10～35h。
10.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述退火处理的温度为500～900℃，所述退火处理的时间为0.5～2.5h。
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