一種石墨烯復合材料及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種石墨烯復合材料的制備方法，該方法包括以下步驟：提供電極材料和石墨粉末；將所述電極材料和石墨粉末以質量比400:600-999:1混合；將混合后的所述電極材料和石墨粉末球磨。本發明專利技術制備過程中形成寡層石墨烯包覆的電極材料，利于鋰離子的嵌入和脫出，提高了鋰離子電池電極材料導電性能和循環性能，從而大幅提高了鋰離子電池的綜合電化學性能。同時本發明專利技術成本低廉，適合大規模生產和應用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電極材料的制備
，特別涉及一種石墨烯復合材料的制備方法。
技術介紹
石墨烯是碳原子按照六角排列而成的二維晶格結構，是單層碳原子平面材料。自2004年AndreK.Geim等通過機械剝離石墨片的方法制備出石墨烯后，由于其獨特的納米結構與特性，石墨烯開始受到研究者越來越多的關注。因為石墨烯特有的二維結構，其原子暴露于表面層，同時具有極高的比表面積(～2600m2g-1)以及良好的機械性能和電學性能，所以被研究人員用作固定電極材料的基體材料。這種電極材料與石墨烯的復合材料由于具有獨特的化學和物理性能，可以顯著增強鋰離子電池的電化學性能。在鋰離子嵌入過程中，負極材料會發生體積膨脹，產生的應力使得電極解體脫落，影響鋰離子電池的循環穩定性。而因此石墨烯可以作為一種柔性基底有效緩解負極材料的體積變化。同時石墨烯具有良好的導電和導熱性能，可以作為材料中的導電通道，提高正負極材料的導電性能。因此將石墨烯添加到鋰離子電池電極材料中，可以獲得具有高容量和良好循環穩定性的新型鋰離子電池復合材料，也是當前的研究熱點。目前制備石墨烯的方法比較多，主要有化學還原法、化學氣相沉積法、機械剝離法和外延生長法。制備石墨烯復合材料中常用的方法是化學還原法。化學還原方法需要先通過石墨在硫酸、硝酸、高氯酸等強氧化劑的作用下，或電化學過氧化作用下，經水解后制成氧化石墨烯。氧化石墨片層具有較強的親水或極性溶劑的特性，因此氧化石墨在外力，如超聲波的作用下在水中或其它極性溶劑中可以發生剝離，形成氧化石墨烯(GrapheneOxide)。制得氧化石墨烯后再將電極材料或電極材料前驅體混合，通過化學還原使所制氧化石墨烯脫氧重新石墨化，保持其幾何形貌的同時可恢復部分導電性，最終形成單層或多層的石墨烯包覆電極材料。該方法在氧化過程中將天然石墨粉解離成氧化石墨烯，隨后在還原制備過程中加入電極材料，形成石墨烯包覆復合電極材料，其過程相對簡單。但是在氧化還原過程中的酸洗容易破壞石墨烯本身的高電子遷移率，同時對電極材料的要求較多，容易造成電極材料在石墨烯中的分布不均勻，出現團聚和偏析。高濃度強酸的使用也對安全性提出了較高要求，后處理過程較復雜，對環境污染嚴重。
技術實現思路
針對上述現有技術中石墨烯制備方法的繁瑣且制備材料不均一的問題，本專利技術旨在提供一種石墨烯復合材料的制備方法。本專利技術提供的石墨烯復合材料的制備方法制備方法中設備簡單，步驟簡單，易于操作，另外制備材料不適用強酸，不會對環境產生污染，最終獲得具有2～10層石墨烯包覆的電極材料，能夠解決現有技術中石墨烯制備方法的繁瑣以及制備材料不均一的問題。除非另有說明，術語“高能球磨”是指利用球磨的轉動或振動，使硬球對原料進行強烈的撞擊、研磨和攪拌，把原料粉碎為納米級微粒的方法。除非另有說明，術語“寡層石墨烯”是指由單層石墨烯構成的多層石墨烯材料。本專利技術的上述目的是通過以下技術方案來實現的：一種石墨烯復合材料，所述石墨烯復合材料的原材料包括：電極材料、石墨粉末，所述電極材料和所述石墨粉末的質量比為400:600-999:1。進一步地，所述石墨粉末包覆在所述電極材料的表面形成所述石墨烯復合材料。進一步地，所述電極材料為正極材料、正極材料前驅體或負極材料中的任意一種。進一步地，所述石墨粉末為寡層石墨烯合成原料。本專利技術提供一種石墨烯復合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)提供電極材料和石墨粉末；(2)將所述電極材料和石墨粉末以質量比400:600-999:1混合；(3)將混合后的所述電極材料和石墨粉末球磨。進一步地，所述電極材料為正極材料、正極材料前驅體或負極材料中的任意一種。進一步地，所述石墨粉末為寡層石墨烯合成原料。進一步地，所述電極材料和石墨的混合環境為惰性氣氛，所述惰性氣氛下壓強為0～2MPa。進一步地，所述球磨轉速為100-200rpm/min。進一步地，所述球磨時間為1-100小時。進一步地，所述球磨的球料比為20:1。進一步地，所述正極材料為鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料和富鋰錳基材料中的一種或多種。進一步地，所述正極材料前驅體為碳酸鋰、硝酸鋰、氫氧化鋰、草酸鋰、醋酸鋰、磷酸鋰、磷酸氫鋰、磷酸二氫鋰、四氧化三鈷、硝酸鈷、硫酸鈷、鹽酸鈷、硝酸鎳、硫酸鎳、鹽酸鎳、氫氧化鎳、碳酸錳、草酸亞鐵、磷酸亞鐵、氧化亞鐵、磷酸亞鐵、硝酸錳、硫酸錳、鹽酸錳、硝酸銨、硫酸銨和氯化銨中的至少兩種。進一步地，所述負極材料為鈦酸鋰、天然石墨、人造石墨、中間相炭微球、納米硅、硅錫合金、納米錫、納米銻、氧化鈦、氧化鉬、氧化鈷和氧化鋁中的一種或幾種。與現有技術相比，本專利技術提供的一種石墨烯復合材料的制備方法解決了現有技術中石墨烯制備方法的繁瑣且制備材料不均一的問題，具有合成工藝簡單，容易實現量產的優點，同時本專利技術還無需機械超聲剝離，避免了超聲引起的石墨烯團聚現象，本專利技術的制備過程中無需強酸的使用，節約能源，對環境的污染少，本專利技術最終獲得的寡層石墨烯包覆電極材料還具有材料結構良好，有利于緩解電化學充放電過程中的體積膨脹問題，有利于鋰離子的嵌入和脫出，提高了鋰離子電池電極材料導電性能和循環性能。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術提供的一種石墨烯復合材料的制備方法流程圖；圖2為本專利技術提供的石墨烯復合材料實施例1制得的石墨烯復合材料的高分辨透射電鏡照片；圖3為本專利技術提供的石墨烯復合材料實施例1制得的石墨烯復合材料的XRD測試譜圖，掃描角度從20～90°；圖4為本專利技術提供的石墨烯復合材料實施例1制得的石墨烯復合材料的拉曼測試譜圖；圖5為具體實施方案制得的扣式電池的循環性能測試圖，測試電壓為0～3V，測試電流密度為66mA/g。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種石墨烯復合材料，其特征在于，所述石墨烯復合材料的原材料包括：電極材料、石墨粉末，所述電極材料和所述石墨粉末的質量比為400:600?999:1。

【技術特征摘要】
1.一種石墨烯復合材料，其特征在于，所述石墨烯復合材料的原材
料包括：電極材料、石墨粉末，所述電極材料和所述石墨粉末的質量比
為400:600-999:1。
2.根據權利要求1所述的石墨烯復合材料，其特征在于，所述石墨
粉末包覆在所述電極材料的表面形成所述石墨烯復合材料。
3.根據權利要求1所述的石墨烯復合材料，其特征在于，所述電極
材料為正極材料、正極材料前驅體或負極材料中的任意一種。
4.根據權利要求1所述的石墨烯復合材料，其特征在于，所述石墨
粉末為寡層石墨烯合成原料。
5.一種石墨烯復合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)提供電極材料和石墨粉末；
(2)將所述電極材料和石墨粉末以質量比400:600-999:1混合；
(3)將混合后的所述電極材料和石墨粉末球磨。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述電極材料為正極
材料、正極材料前驅體或負極材料中的任意一種。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述石墨粉末為寡層
石墨烯合成原料。
8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述電極材料和石墨
的混合環境為惰性氣...

【專利技術屬性】
技術研發人員：戚雯，武英，況春江，周少雄，
申請(專利權)人：安泰科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11