[發明專利]一種多孔石墨烯的制備方法

有效

• 申請號: 201810586526.0
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108892123B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 謝正偉;汪灃;付光輝;汪岳峰
• 申請（專利權）人: 深圳新恒業電池科技有限公司
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/198;H01M4/587;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 郭偉剛

本發明公開了一種多孔石墨烯的制備方法，首先對石墨原料進行氧化處理得到氧化石墨；然后利用高鐵酸鉀對氧化石墨進行二次氧化，產生的氧氣可將氧化石墨轉化為氧化石墨烯；再利用二次氧化后溶液里殘留的Fe²⁺與雙氧水形成Fenton試劑，對二次氧化后的氧化石墨烯進行第三次氧化，以使氧化石墨烯片層表面產生納米孔；將第三次氧化后得到的富含納米孔的氧化石墨烯進行還原反應，得到多孔石墨烯。本發明工藝簡單，可快速完成多孔石墨烯的制備，易于實現大規模生產，制備工藝中避免了更多強酸強堿的加入，節約了成本，降低了對環境的污染。本發明制備的多孔石墨烯用作鋰離子電池負極材料，其在能量密度和充放電倍率方面表現出了優異的電化學性能。

技術領域

本發明涉及石墨烯技術領域，具體涉及一種多孔石墨烯的制備方法，該多孔石墨烯材料適用于鋰離子電池的負極材料。

背景技術

石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成的具有二維平面結構的碳質新材料，是構建零維富勒烯、一維碳納米管、三維石墨的基本結構單元。石墨烯不僅是已知材料中最薄的一種(理論厚度僅有0.35nm)，還擁有很高的強度(110GPa)，且理論比表面積高達2630m²/g。石墨烯獨特的原子結構賦予其電學、熱學、力學等方面的優異性能，在諸多領域具有廣泛的應用前景。

目前，以石墨烯作為鋰離子電池負極材料已有大量報道。石墨烯是由單層碳原子緊密排列構成，鋰離子不僅可以存儲在石墨烯片層的兩側，還可以在石墨烯片層的邊緣和孔穴中存儲，其理論容量為740～780mA h/g，約為傳統石墨負極的2倍多。用石墨烯作為鋰離子電池負極材料將極大提高負極材料儲鋰容量，進而提高能量密度。此外，采用石墨烯作為鋰離子電池負極材料時，鋰離子在石墨烯材料中的擴散路徑較短，且電導率較高，可以很大程度提高其倍率性能。所以，石墨烯作為鋰離子電池負極材料具有良好的應用前景。

但是，不可忽視的是，石墨烯負極材料價格昂貴，鋰離子難以縱向傳遞，特別是高倍率充放電時還會阻礙鋰離子在負極材料中的擴散。因此，科研工作者將重點放在了制備多孔石墨烯上。利用各種方式在石墨烯上造孔，通過調整孔洞的大小和數量，將石墨烯對鋰離子擴散的阻礙作用降到最低。NaOH、KOH、HNO₃、KMnO₄、濃H₂SO₄等強酸強堿試劑被廣泛應用于石墨烯造孔技術。但是，這些強酸強堿氧化試劑的使用以及增加的后序工作，不僅造成了石墨烯成本的大量升高，而且還會形成大量難以處理的廢水，增加環境污染和處理成本。

基于此，有必要提供一種制備工藝簡單、成本較低且不會加重環境污染的多孔石墨烯的制備方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備工藝簡單、成本較低且不會加重環境污染的多孔石墨烯的制備方法。

為實現上述目的，本發明技術方案是：一種多孔石墨烯的制備方法，包括如下步驟：

1)對石墨原料進行氧化處理得到氧化石墨；

2)向氧化石墨中加入高鐵酸鉀，對其進行二次氧化，得到氧化石墨烯；

3)利用Fenton試劑對二次氧化后的氧化石墨烯進行第三次氧化，以使氧化石墨烯片層表面產生納米孔；

4)將第三次氧化后得到的富含納米孔的氧化石墨烯進行還原反應，得到多孔石墨烯。

進一步地，步驟1)對石墨原料進行氧化處理的方法為用Hummers法對石墨進行低溫氧化；石墨為純度大于等于99.5％的天然鱗片石墨；Hummers法的具體步驟為：將鱗片石墨原料加入至1℃以下裝有濃硫酸的燒杯中，攪拌反應1-5h，然后再緩慢加入高錳酸鉀反應1-12h，高錳酸鉀的加入量為石墨質量的2-10倍，體系溫度保持在4℃以下，反應后得到氧化石墨。