[發明專利]石墨烯結構、制備石墨烯的方法及鋰離子電池電極

有效

• 申請號: 201811020690.1
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109179383B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 劉偉仁;吳兆益;林品均;葉彥妤;林丞逸
• 申請（專利權）人: 中原大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 杜蔚瓊

一種制備石墨烯的方法，包含將石墨材料分散于溶液中，以形成石墨懸浮液；以及對石墨懸浮液依序施行第一破碎工藝和第二破碎工藝，來破碎石墨材料而形成石墨烯，第一破碎工藝包括對石墨懸浮液施予第一壓力，第二破碎工藝包括對石墨懸浮液施予第二壓力，其中第二壓力大于第一壓力。

技術領域

本揭示內容是關于制備石墨烯的領域，更具體來說，本揭示內容是關于一種具有低缺陷密度的石墨烯結構，以及用以由石墨材料制備石墨烯的方法以及包括石墨烯的鋰離子電池電極。

背景技術

近年來，基于獨特的力學及電學特性，石墨烯逐漸受到科學界的重視。石墨烯是一種萃取自石墨的材料，其中1毫米的石墨包含約3百萬層石墨烯。在結構上，石墨烯為碳的同素異形體(allotrope)，具有二維、原子等級及單原子厚度之蜂窩格狀結構。

石墨烯具有許多獨特的特性，其中最具實用性的特性為其高導電度及高熱傳導性。基于該些獨特性，石墨烯已廣泛應用于各種領域，包含醫藥領域(例如組織工程、生物影像、聚合酶鏈鎖反應(polymerase chainreaction,PCR)、偵測及診斷儀器、藥物傳遞及生物微機械系統)、電子學領域(例如晶體管、透明導電電極、頻率倍增器、光電子學、量子點、有機電子學及自旋電子學)、光處理領域(例如光調制器、紅外光偵測及光偵測器)、能量處理領域(例如能量產生及能量儲存)及水處理領域(例如移除污染性物質及水過濾)。

相關產業目前已研發出數種可用以制備石墨烯的方法。然而，該些方法皆具有其缺點，例如低產量、低純度、高價位、高缺陷密度(high-defect density)及/或僅能小規模生產。

此外，目前鋰離子電池多采用石墨作為負極，或是采用石墨作為電極的導電添加劑，但即便如此，相應鋰離子電池的電池電容量、循環充放電和快速充放電表現仍待改善。

因此，相關領域亟需一種經改良的方法，可用以有效制備具有低缺陷密度及高導電性的石墨烯。此外，有必要提出鋰離子電池的電極材料或電極之導電添加劑，以提升鋰離子電池的電池電容量、循環充放電和快速充放電表現。

發明內容

根據本發明之一實施例，系提供一種石墨烯結構，其中石墨烯結構的材料缺陷密度低于0.24，且石墨烯結構系藉由破碎石墨材料懸浮溶液而得。

根據本發明之一實施例，其中破碎石墨材料懸浮溶液之步驟包括對該石墨懸浮液依序施行第一破碎工藝和第二破碎工藝，來破碎石墨懸浮液內的石墨材料而形成石墨烯，第一破碎工藝包括對該石墨懸浮液施予第一壓力，第二破碎工藝包括對石墨懸浮液施予一第二壓力，其中第二壓力大于第一壓力。

根據本發明之一實施例，系關于一種制備石墨烯的方法，包含將石墨材料分散于溶液中，以形成石墨懸浮液；以及對石墨懸浮液依序施行第一破碎工藝和第二破碎工藝，來破碎石墨材料而形成石墨烯，第一破碎工藝包括對石墨懸浮液施予第一壓力，第二破碎工藝包括對石墨懸浮液施予第二壓力，其中第二壓力大于第一壓力。

根據本發明之一實施例，系關于一種鋰離子電池電極，包括金屬箔以及設置于金屬箔上的導電混合物，其中導電混合物包括電極活性成份以及導電添加劑，導電添加劑的組成包括由上述方法所制得之石墨烯。

根據本發明之一實施例，在施行上述第一破碎工藝和上述第二破碎工藝時，石墨懸浮液的溶液溫度低于30℃。

根據本發明之一實施例，其中在施行上述第一破碎工藝和上述第二破碎工藝時，石墨材料會被同時剪切及剝落。

根據本發明之一實施例，其中上述第一壓力大于800巴且上述第二壓力大于1300巴。

根據本發明之一實施例，其中上述第一破碎工藝和上述第二破碎工藝各自包括將石墨懸浮液多次泵送(pump)通過超高壓(ultra-high pressure,UHP)破碎儀的噴嘴。