[發明專利]一種N摻雜石墨烯漿料及使用該漿料改性的石墨材料

有效

• 申請號: 202110303059.8
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113066981B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 劉金峰;李俊利;耿海龍;耿艷輝
• 申請（專利權）人: 內蒙古杉杉科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/36;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 王睿

本發明提供了一種N摻雜石墨烯漿料，其以氧化石墨和膨脹石墨為原料，可通過改變氮源加入量和調控水熱和溶劑熱法條件實現N摻雜量的控制。氮摻雜石墨烯漿料能夠打開石墨烯能帶隙，改變電子結構，提高自由載流子密度，從而提高石墨烯的電學及電化學性能等。本發明可實現氮摻雜石墨烯漿料批量制備，實現石墨烯更豐富的特性和更廣泛的應用，為有效的改性手段。本發明還提供了使用該N摻雜石墨烯漿料改性的石墨材料，相比現有市場常規手段，本發明的改性方式較為簡單，N摻雜石墨烯提供了新的活性位點和儲能，顯著地提升了石墨的電化學性能，對發展高性能石墨烯改性鋰離子電池石墨負極材料具有促進作用。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池導電漿料領域，具體涉及一種N摻雜石墨烯漿料，以及使用該漿料進行改性的石墨材料。

背景技術

隨著新能源汽車的逐步產業化和規模化，鋰電池的產量也隨之增多，目前鋰電池負極以石墨材料為主。工業石墨因其豐富、成本低、比容量高(372mAhg^-1)而被廣泛用作LIB陽極。然而，它的大部分容量在＜0.3V(vs Li⁺/Li)達到，如此低的工作放電電壓會引發不可逆反應，石墨表面形成固體電解質界面(SEI)層。該層消耗電解液，抑制電解液快速擴散到鋰化陽極中，在第一次循環后會造成較大的容量損失，對此一般通過改性處理去解決。

石墨烯具有高的理論儲鋰容量、良好的電子導電性、離子遷移率和優異的力學性能，極性有機分子和金屬離子可以自發地插入。石墨烯表面的電化學活性位點還可以參與電化學儲能，其被作為鋰離子電池負極材料的改性材料，在實驗上和計算上都得到了廣泛的研究。

近年來人們發現，異質元素摻雜的石墨烯材料具有良好的電子傳導能力以及較強的機械性能，這一材料被廣泛地應用于鋰離子電池領域，展現了極其優越的電化學性能。由于氮原子與碳原子具有相似的電負性，氮摻雜石墨烯被認為是最有應用前景的鋰離子電池電極材料之一。在較低N原子摻雜量的情況下，調控N摻雜類型和摻雜量顯著地提升了石墨烯的性能，并增加了新的活性位點，對發展高性能石墨烯改性鋰離子電池石墨負極材料具有促進作用。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種N摻雜石墨烯漿料。

本發明的第二目的在于提供使用上述N摻雜石墨烯漿料對現有的石墨負極材料進行改性，以提高鋰離子電池石墨負極材料的電化學性能。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

本發明涉及一種N摻雜石墨烯漿料，通過以下方法制備得到：

步驟一、N摻雜石墨烯制備：本發明使用氧化石墨和膨脹石墨作為N摻雜石墨烯原料。

S1：將氧化石墨加入氮源的水溶液中，分散后進行水熱反應，將得到的固相產物加入含氮有機溶劑中進行分散，得到分散液A；

進一步地，所述氮源選自乙腈(C₂H₃N)、尿素(CH₄N₂O)、三聚氰胺(C₃N₃(NH₂)₃)、氰尿酰氯(C₃N₃Cl₃)、喹啉(C₉H₇N)及其衍生物、嘧啶(C₄H₄N₂)及其衍生物、吡啶(C₅H₅N)及其衍生物、吡咯(C₄H₅N)及其衍生物中的一種或多種。

進一步地，所述氮源與氧化石墨的質量比為(0.8-1.5):1，所述氧化石墨在氮源的水溶液中的質量百分含量為0.5％-5％。