[發(fā)明專利]一種摻雜石墨烯及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610943741.2
• 申請(qǐng)日: 2016-11-02
• 公開（公告）號(hào): CN108017050A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寧國慶;李永峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(北京)
• 主分類號(hào): C01B32/19
• 分類號(hào): C01B32/19;H01M4/583;H01M4/133;H01M10/0525
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 張德斌;姚亮

1.一種摻雜石墨烯的制備方法，其中，所述方法包括：

(1)將石墨與氧化劑、摻雜劑進(jìn)行混合，制備得到插層石墨；優(yōu)選石墨、氧化劑和摻雜劑的質(zhì)量比為1：1-20：0.1-10

(2)將步驟(1)得到的插層石墨煅燒得到膨脹石墨；

(3)將步驟(2)得到的膨脹石墨通過溶劑剝離得到所述摻雜石墨烯。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中，所述氧化劑選自濃硫酸、濃硝酸和高錳酸鉀、重鉻酸鉀中的一種或多種的混合；所述摻雜劑選自濃硫酸、磷酸、磷酸鹽鈉(優(yōu)選為磷酸氫銨、磷酸二氫銨、或焦磷酸鈉)、和硫酸鹽(優(yōu)選為硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸氫銨或硫酸鋰)的一種或多種的混合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中，步驟(2)是將步驟(1)得到的插層石墨在500-1000℃下煅燒得到膨脹石墨；其中優(yōu)選是在600-900℃下煅燒得到膨脹石墨；還優(yōu)選煅燒0.5-30min得到膨脹石墨；優(yōu)選步驟(1)得到的插層石墨在惰性氣體氛圍下煅燒得到膨脹石墨。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中，步驟(3)中的溶劑剝離是將步驟(2)得到的膨脹石墨通過水熱法、超臨界流體法和超聲法其中的一種或一種以上的組合方法剝離得到所述摻雜石墨烯(優(yōu)選步驟(3)中的溶劑剝離是將步驟(2)得到的膨脹石墨通過水熱法、超臨界流體法和超聲法其中的兩種的組合方法剝離得到所述摻雜石墨烯；更優(yōu)選步驟(3)中的溶劑剝離是將步驟(2)得到的膨脹石墨先通過超聲法，再通過水熱法或超臨界流體法剝離得到所述摻雜石墨烯)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其中，所述水熱法包括以下步驟：將膨脹石墨分散到水中，在100-300℃下水熱處理1-24h，然后降溫至室溫，經(jīng)過處理得到摻雜石墨烯；其中優(yōu)選降溫至室溫后，經(jīng)過抽濾、漂洗和烘干得到摻雜石墨烯；

所述超臨界流體法包括以下步驟：將膨脹石墨與二氧化碳(二氧化碳與膨脹石墨的質(zhì)量比為10-1:1)混合，在壓力5-20MPa下，溫度10-200℃下，攪拌0.5-10h，然后噴入常壓容器，得到摻雜石墨烯；

所述超聲法包括以下步驟：將步驟(2)得到的膨脹石墨在有機(jī)溶劑中分散均勻，然后超聲處理，從而實(shí)現(xiàn)石墨片層的剝離，得到摻雜石墨烯；其中優(yōu)選超聲1-2h；優(yōu)選在70℃下進(jìn)行超聲處理；優(yōu)選所述的有機(jī)溶劑選自乙醇、乙醚、N-甲基吡咯烷酮和二甲基甲酰胺中的一種或多種的混合；優(yōu)選有機(jī)溶劑用量為將每1g膨脹石墨分散于10-100ml有機(jī)溶劑。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中，步驟(1)是將石墨與氧化劑、摻雜劑進(jìn)行混合，攪拌1-48h，得到插層石墨；其中優(yōu)選是在10-80℃下攪拌1-12h，得到插層石墨；優(yōu)選步驟(1)在攪拌結(jié)束后，還包括將得到的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，然后過濾并干燥得到插層石墨。

7.權(quán)利要求1～6任意一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的摻雜石墨烯；其中優(yōu)選所述摻雜元素為硫、氮、氧和磷中的一種或多種的組合；其中，優(yōu)選當(dāng)所述摻雜石墨烯含有S和P中的一種或多種時(shí)，S和P各自的摻雜量分別獨(dú)立為：S:0.5-5wt％、P:0.5-3％；優(yōu)選所述摻雜元素為3-10層。

8.權(quán)利要求7所述的摻雜石墨烯在制備鋰離子電池中的應(yīng)用；其中優(yōu)選所述摻雜石墨烯是用于制備鋰離子電池的負(fù)極。

9.權(quán)利要求7所述的摻雜石墨烯制備的鋰離子電池負(fù)極。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鋰離子電池負(fù)極，其特征在于可以在0-0.5V的充放電電壓平臺(tái)上提高鋰離子的存儲(chǔ)容量。