[發明專利]一種硼摻雜石墨烯材料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202010533950.6
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111646459A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 宮勇吉;劉偉;翟朋博
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;H01M4/583
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 李正

本發明涉及電化學材料技術領域，尤其涉及一種硼摻雜石墨烯材料的制備方法及其應用。本發明提供的制備方法，包括以下步驟：將硼酸和氧化石墨烯分散液混合后，冷凍干燥，得到前驅體粉末；在氬氫氣氛下，將所述前驅體粉末進行煅燒，得到所述硼摻雜石墨烯材料。利用本發明所述的制備方法制備得到的硼摻雜石墨烯材料作為鋰離子電池負極材料在充放電循環過程中，具有較高的循環壽命。

技術領域

本發明涉及電化學材料技術領域，尤其涉及一種硼摻雜石墨烯材料的制備方法及其應用。

背景技術

隨著社會與科技的發展，人們對電動車輛，便攜式電子設備和電網存儲等的需求不斷增長，高能量密度電池成為了當前迫切的需求。自從1991年索尼公司研發的鋰離子電池(LIB)問世以來，人們對于能源儲存器件的需求得到了一定程度的滿足，但由于其有限的理論能量密度(150～200Wh/kg)和緩慢的發展速度，目前廣泛使用的鋰離子電池無法滿足目前不斷增長能量密度的需求。由于金屬鋰負極具有最高的理論比容量(3860mAh/g)和最低的電化學勢(相對于標準氫電極為-3.040V)，因此基于金屬鋰負極的鋰金屬電池包括鋰硫電池和鋰氧電池等，因為其在能量密度上的巨大優勢與潛力，收到了人們的廣泛關注。目前在制約金屬鋰負極進一步發展的所有問題中，最嚴重的問題是鋰枝晶在反復沉積過程中的生長。因此，如何得到一種合適鋰沉積的基底材料，使得金屬鋰能夠均勻沉積從而避免鋰枝晶的生長顯得尤為關鍵。

發明內容

本發明的目的在于提供一種硼摻雜石墨烯材料的制備方法及其應用。所述硼摻雜石墨烯材料對鋰具有較好的吸附能力，有利于金屬鋰在電極材料表面的均勻形核與沉積，進而提高了鋰電池的循環壽命。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種硼摻雜石墨烯材料的制備方法，包括以下步驟：

將硼酸和氧化石墨烯分散液混合后，冷凍干燥，得到前驅體粉末；

在氬氫氣氛下，將所述前驅體粉末進行煅燒，得到所述硼摻雜石墨烯材料。

優選的，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的濃度為1.5～2.5mg/L。

優選的，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯和硼酸的質量比為1：(0.5～2)。

優選的，所述氧化石墨烯分散液的制備方法，包括以下步驟：

在冰水浴條件下，將膨脹石墨、濃硫酸和高錳酸鉀混合發生氧化還原反應，得到所述氧化石墨烯分散液。

優選的，所述濃硫酸的質量濃度為98％；

所述膨脹石墨的質量、濃硫酸的體積和高錳酸鉀的質量比為(3.5～4.5)g：(160～200)mL：(15～25)g。

優選的，所述煅燒的溫度為900～1000℃，所述煅燒的時間為1～5h。

優選的，升溫至所述煅燒的溫度的升溫速率為3～6℃/min。

優選的，所述煅燒完成后，還包括將煅燒得到的黑色粉末依次進行清洗和干燥；

所述清洗包括將所述黑色粉末依次在硫酸和水中進行清洗。

本發明還提供了上述技術方案所述的制備方法制備得到的硼摻雜石墨烯材料作為鋰離子電池負極材料的活性組分在鋰離子電池中的應用。

優選的，所述鋰離子電池負極材料包括硼摻雜石墨烯材料和聚偏氟乙烯；

所述硼摻雜石墨烯材料和聚偏氟乙烯的質量比為8:2。