[發明專利]石墨烯衍生物材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201110390504.5
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN103137975A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 周明杰;王要兵
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

【技術領域】

本發明涉及電極材料技術領域，具體的說是涉及一種石墨烯衍生物材料及其制備方法與應用。

【背景技術】

隨著各種新能源的發展，各種電子設備，如便攜式電子設備及電動汽車等，對大容量高功率化學電源的需求愈發廣泛。目前商品化的鋰離子電池大多采用無機正極/石墨體系，其中這些正極材料主要是磷酸鐵鋰，錳酸鋰，鈷酸鋰，鎳酸鋰以及混合的體系。雖然這類體系的電化學性能優異，但其存在本身容量較低(如磷酸鐵鋰的理論170mAh/g)，制備工藝復雜，成本高等諸多的缺點。另外，也開發了一些有機的鋰鹽作為正極材料，但是由于材料電導率，熱穩定性，機械性能的原因，循環壽命一般較低，不適宜用來作為電極材料。

【發明內容】

基于此，有必要提供一種比容量較大的石墨烯衍生物材料及其制備方法。

一種石墨烯衍生物材料，所述石墨烯衍生物材料是由石墨烯的氨基含氮芳烴衍生物構成。

在優選的實施例中，所述石墨烯的氨基含氮芳烴衍生物為石墨烯的氨基嘧啶衍生物、石墨烯的氨基苯磺酰氨基嘧啶衍生物、石墨烯的氨基嘌呤衍生物及石墨烯的2-氨基嘧啶二酮衍生物中的一種。

一種石墨烯衍生物材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、將石墨、高錳酸鉀與濃硫酸進行氧化反應后得到氧化石墨；

步驟二、將所述氧化石墨溶解在溶劑中，然后在攪拌下加入氨基含氮芳烴類化合物的乙醇溶液，再在80℃的溫度下回流反應24小時，得到氧化石墨烯的氨基含氮芳烴衍生物；

步驟三、將所述氧化石墨烯的氨基含氮芳烴衍生物與足量的水合肼在80℃的溫度下回流反應5～24小時，得到石墨烯的氨基含氮芳烴衍生物；及

步驟四、將所述石墨烯的氨基含氮芳烴衍生物在50～150℃退火1～10小時，得到石墨烯衍生物材料。

在優選的實施例中，步驟二中，所述氧化石墨與所述氨基含氮芳烴類化合物的質量比為1∶1～3.5。

在優選的實施例中，步驟二中，所述氨基含氮芳烴類化合物為氨基嘧啶、氨基苯磺酰氨基嘧啶、氨基嘌呤及2-氨基嘧啶二酮的一種。

在優選的實施例中，步驟二中的回流反應中還包括加入催化劑量的鹽酸的步驟。

在優選的實施例中，步驟二中，所述溶劑為DMF或水。

本發明還提供上述石墨烯衍生物材料在鋰離子電池的電極材料中的應用。

上述石墨烯衍生物材料中含有豐富的N位點，作為電極材料時的最高容量可達到620mAh/g，與傳統的電極材料相比，上述石墨烯衍生物材料具有高容量的特點。

【附圖說明】

通過附圖中所示的本發明的優選實施例的更具體說明，本發明的上述及其它目的、特征和優勢將變得更加清晰。

圖1為一實施方式的石墨烯衍生物材料的制備方法流程圖。

【具體實施方式】

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似改進，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。

一實施方式的石墨烯衍生物材料，是由石墨烯的氨基含氮芳烴衍生物構成。

所述石墨烯的氨基含氮芳烴衍生物優選為石墨烯的氨基嘧啶衍生物、石墨烯的氨基苯磺酰氨基嘧啶衍生物、石墨烯的氨基嘌呤衍生物及石墨烯的2-氨基嘧啶二酮衍生物中的一種。

上述石墨烯衍生物材料中含有豐富的N位點，作為電極材料時的最高容量可達到620mAh/g，與傳統的電極材料相比(鈷酸鋰理論容量274mAh/g，實際發揮出140mAh/g，錳酸鋰的理論容量148mAh/g，磷酸鐵鋰理論容量170mAh/g)，上述石墨烯衍生物材料具有高容量的特點。

請參閱圖1，上述石墨烯衍生物材料的制備方法包括如下步驟。

步驟S101、將石墨、高錳酸鉀與濃硫酸進行氧化反應后得到氧化石墨。