[發明專利]一種氧化石墨烯包覆鋰鹽的制備方法

有效

• 申請號: 201310734034.9
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103715404A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 梁興華;劉于斯;劉天驕;華曉鳴;史琳;曾帥波;葉超超;宋清清;劉浩;劉大玉;藍凌霄
• 申請（專利權）人: 廣西科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 周晟

技術領域

本發明涉及一種復合材料的制備方法，特別涉及一種氧化石墨烯包覆鋰鹽的制備方法。

背景技術

石墨烯具有二維晶格結構，平面中的碳原子以sp²雜化軌道相連組成六邊形晶格結構，即碳原子通過很強的σ鍵與相鄰的三個碳原子連接，C-C鍵使石墨烯具有很好的結構剛性；剩余的一個p電子軌道垂直于石墨烯平面，與周圍的原子形成π鍵，π電子在晶格中的離域化，使石墨烯具有良好的導電，室溫下平面上的電子遷移率為1.5×104cm²/V·s，遠遠超過電子在一般導體中的傳導速率，因而在微電子、航天軍工、能量存儲裝置、納米電子器件、納米復合材料當中有著廣闊的潛在應用空間。鋰鹽/?石墨烯復合材料不僅可以通過石墨烯緩解鋰鹽顆粒在使用過程中產生的體積效應，還可利用石墨烯的電子空穴對作為電子高速遷移的媒介。目前在鋰鹽/?石墨烯混合物主要是通過物理摻雜得到，即將制備好的鋰鹽和石墨烯直接混合。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末經化學氧化及剝離后的產物，氧化石墨烯是單一的原子層，可以隨時在橫向尺寸上擴展到數十微米，因此，其結構跨越了一般化學和材料科學的典型尺度。氧化石墨烯可視為一種非傳統型態的軟性材料，具有聚合物、膠體、薄膜，以及兩性分子的特性。氧化石墨烯長久以來被視為親水性物質，因為其在水中具有優越的分散性，但是，相關實驗結果顯示，氧化石墨烯實際上具有兩親性，從石墨烯薄片邊緣到中央呈現親水至疏水的性質分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性劑一般存在界面，并降低界面間的能量。

在空度0.01Pa?～?10kPa下，將氧化石墨以5～50℃?/min?的升溫速率升溫到150～600℃進行高真空熱處理，維持恒溫0.5～20h，氧化石墨體積迅速膨脹，得到比表面積200～800m²/g，電化學比容量50～200F/g?的氧化石墨烯材料。一般而言，氧化石墨烯中由于含有-C-OH、-C-O-C，甚至-COOH?等基團，從而表現出較強的極性。干燥的氧化石墨烯在空氣中的穩定性較差，很容易吸潮而形成水化氧化石墨烯。作為電極材料，氧化石墨烯具有放電容量和與電解液浸潤性好，但是氧化石墨烯也存在一些不足，如氟化氧化石墨導電率相對低，穩定性還有待進一步提高，從而導致電池大電流性能差等不足。

以上這些方法使用的石墨烯，經過簡單超聲分散，沒有加入其它物質，并伴隨高溫加熱過程，材料會經過溫度的急劇變化而最終形成復合材料。包覆方法有分散和包覆的均勻性不好的問題，且沒有考慮利用氧化石墨烯具有的更多官能團對包覆的有效作用，不能有效分離氧化石墨烯片層，高溫加熱后溫度的急劇變化使石墨烯包覆過于緊密,反而影響鋰離子嵌脫效率。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷，提供一種更加節能環保，不要求特殊工藝，且無物料損失，更易于工業生產，能改善鋰電池充放電性能的氧化石墨烯包覆鋰鹽的制備方法。

為了實現上述發明目的，本發明的技術方案如下：

本發明氧化石墨烯包覆鋰鹽的制備方法，包含以下操作步驟：

A、將重量百分比為3-20%的聚乙二醇加入N-甲基吡咯烷酮溶液中，攪拌使溶解，得溶液A；

B、將鋰鹽加入溶液A中，攪拌使分散，得溶液B；

C、取重量百分比為0.5%-5%的氧化石墨烯的無水乙醇混懸液，與溶液B混合，懸浮液與溶液B的體積比為1：1-2.5，攪拌均勻，加熱至溫度為70~100℃，保持該溫度揮干溶液，得到潮濕固體，潮濕固體經常溫干燥后，即得。

所述的步驟A中，聚乙二醇溶解于N-甲基吡咯烷酮溶液的過程中，對溶液體系進行加熱，溫度控制在30~95℃，以促進聚乙二醇的溶解，待完全溶解后停止加熱，冷卻至室溫。

所述步驟C氧化石墨烯懸浮液是這樣制備的：將氧化石墨烯加入無水乙醇中攪拌均勻，然后進行超聲處理，即得。

本發明還提供了一種氧化石墨烯包覆鋰鹽復合材料，該材料是通過如權利要求1-3任何一項所述的制備方法制備而成的。

所述的氧化石墨烯包覆鋰鹽復合材料能夠作為鋰離子電池正極材料應用于鋰電池制造中。

本發明所采用的包覆方法，創新性的引入了溶劑系統，使得氧化石墨烯包覆鋰鹽能夠無需高溫反應，只通過溶劑中各成分的復合后，揮發掉溶劑，就能夠實現復合材料的生產制備。?