[發(fā)明專(zhuān)利]一種三維多孔石墨烯微球復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610017335.3
• 申請(qǐng)日: 2016-01-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105514389B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 車(chē)春玲
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東佳星環(huán)保科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 北京華仲龍騰專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 11548
• 代理人: 李靜

本發(fā)明公開(kāi)了一種三維多孔石墨烯微球復(fù)合材料的制備方法，制備方法包括（1）將石墨烯或氧化石墨烯與水、粘結(jié)劑混合，配制成溶液，然后進(jìn)行靜電噴霧，濕法收集，得到石墨烯或氧化石墨烯微球；（2）將石墨烯微球加入到PVA水溶液中，攪拌分散，滴加交聯(lián)劑，形成PVA凝膠；（3）將PVA凝膠冷凍干燥，制得含有石墨烯微球的PVA海綿；（4）進(jìn)行熱處理，得到三維多孔石墨烯微球復(fù)合材料。通過(guò)該方法制備的三維多孔石墨烯微球復(fù)合材料具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、具有豐富的分級(jí)孔結(jié)構(gòu)、堆密度大等特點(diǎn)，由該石墨烯微球復(fù)合材料制備的鈉離子電池具有容量高、導(dǎo)電性能好、循環(huán)性能優(yōu)異和填充密度大等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米碳材料及其制備領(lǐng)域，特別涉及一種三維多孔石墨烯微球復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有比能量高、記憶效應(yīng)小、環(huán)境污染少等優(yōu)異性能，已經(jīng)成為目前手機(jī)、筆記本電腦等電子產(chǎn)品中應(yīng)用較為廣泛的二次電池，且鋰離子電池作為動(dòng)力電池，在電動(dòng)車(chē)上也具有巨大的應(yīng)用前景。然而，負(fù)極材料對(duì)于鋰離子電池性能的提高具有決定作用，傳統(tǒng)的鋰電負(fù)極材料主要采用石墨等炭質(zhì)材料，石墨材料具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性能，但其容量較理論容量只有 372mAh/g，這限制了鋰離子電池的性能的進(jìn)一步提升，很難滿(mǎn)足人們對(duì)下一代高容量鋰離子電池的需求。下一代鋰離子電池將對(duì)電極材料的容量和循環(huán)穩(wěn)定性等提出更高的要求，不僅要求負(fù)極材料具有高的比容量，而且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

作為一種新型的碳系材料，石墨烯因其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性能，引起了科學(xué)和應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛研究，被認(rèn)為是下一代最理想的結(jié)構(gòu)和功能補(bǔ)強(qiáng)材料。作為炭材料的最新成員，石墨烯于 2004 年被曼徹斯特大學(xué)Geim等首次制備并發(fā)現(xiàn)。理想的石墨烯是一種由碳原子組成六角形蜂窩結(jié)構(gòu)的單層二維材料，它是構(gòu)建零維富勒烯、一維炭納米管、三維石墨等炭材料的基本單元。其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使它具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)等特性，使石墨烯在能源、電子、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

現(xiàn)階段，針對(duì)用于鈉離子電池等儲(chǔ)能器件的石墨烯改性電極材料的開(kāi)發(fā)研究較少。2013年，Wang等以氧化石墨烯和吡咯為原料，通過(guò)熱處理炭化合成了一種具有2D多孔摻雜碳/石墨烯復(fù)合材料，雜原子的引入提高了材料的電子導(dǎo)電性和容量；2014 年，顏洋等通過(guò)離子熱的方法構(gòu)筑了一種用于具有三明治結(jié)構(gòu)的多孔碳/石墨烯納米復(fù)合材料，多孔碳雖然保證了Na+的可逆脫嵌，石墨烯層促進(jìn)了電子的快速傳輸，但是仍然存在比表面積過(guò)大導(dǎo)致首次不可逆容量高等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種三維多孔石墨烯微球復(fù)合材料的制備方法，其制備方法具體包括如下步驟：

（1）將石墨烯或氧化石墨烯與去離子水混合均勻，去離子水與石墨烯或氧化石墨烯的液固比為1mL：(0.1～0.5)g，再加入適量粘結(jié)劑，粘結(jié)劑與石墨烯或氧化石墨烯的質(zhì)量比為(1～10)：1，攪拌配制成溶液，然后進(jìn)行靜電噴霧，濕法收集，得到石墨烯或氧化石墨烯微球；

（2）將PVA加入到去離子水中，在溫度T=60～80℃下攪拌溶解，制得濃度為5～15%的PVA水溶液；

（3）將步驟（1）制得的微球直接加入到PVA水溶液中，微球與PVA的質(zhì)量比為1:（1～5），高速攪拌3～5 h，滴加入濃度為為0.5～1%的交聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌1～2h，超聲靜置，去除溶液中的氣泡，利用液氮快速冰封溶液，在溫度T=-80℃下冷凍干燥48～72h，獲得疏松的含有石墨烯微球的PVA膜；

（4）將含有石墨烯微球的PVA膜置于管式爐中在惰性氣體氣氛中進(jìn)行熱處理，得到三維多孔石墨烯微球復(fù)合材料。

上述方法中步驟（1）所述的粘結(jié)劑為葡萄糖、蔗糖、淀粉中的一種或幾種。

上述方法中步驟（3）中所述交聯(lián)劑為馬來(lái)酸酐、戊二醛、乙二醛、甲醛、苯二甲酰氯、苯二甲酸酐、戊二酸酐、丁二酸酐、苯二甲酸或環(huán)氧氯丙烷中的一種或幾種。