[發明專利]一種Li離子改性的還原氧化石墨烯粉體的制備方法

有效

• 申請號: 202211199576.6
• 申請日: 2022-09-29
• 公開（公告）號: CN115504461B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 蔡金明;陳其贊;湯小輝
• 申請（專利權）人: 廣東墨睿科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/184
• 代理公司: 東莞科強知識產權代理事務所(普通合伙) 44450
• 代理人: 李林學

本發明提供了一種Li離子改性的還原氧化石墨烯粉體的制備方法及以該種粉體為原料制備的導電劑，粉體的制備包括如下步驟：將洗滌后的氧化石墨烯漿料緩慢加入LiOH溶液中，升溫至40?70℃后在陶瓷旋轉儀中淘洗1.5?3h對所述氧化石墨烯漿料進行Li離子改性處理，獲得GO?Li漿料，隨后對所述GO?Li漿料進行均質、噴霧造粒獲得GO?Li粉體、還原、干燥處理，獲得Li離子改性的還原氧化石墨烯粉體，該粉體制備的石墨烯導電劑在鋰離子傳導上有輔助增強作用，可針對性的提高電池的倍率性能。

技術領域

本發明屬于石墨烯領域，更具體地說，涉及一種Li離子改性的還原氧化石墨烯粉體的制備方法及該種改性的還原氧化石墨烯粉體在新能源上的應用。

背景技術

石墨烯具有超高的熱傳導系數和電子傳導性能，目前，石墨烯氧化還原制備工藝已經成熟，石墨烯及其衍生物是最具規模和前景的關鍵材料資源之一，具有其他材料無法比擬的研究價值和應用價值。該材料在鋰離子電池研究領域受到科研學者的廣泛關注，相對傳統的電池材料，石墨烯獨特的二維特性、優秀的導電導熱性能、和主材顆粒點面接觸的導電網絡搭建特點，被認為是非常理想的鋰離子電池材料。目前，對于石墨烯及其衍生物在鋰離子電池的運用研究主要集中于極片3D導電網絡搭建和正負極材料改性上。

相比于鋰離子電池傳統的導電材與正負極材料的點-線接觸（CNT）和點-點接觸的（SP），高導電的、像“絲綢”一樣二維狀態的石墨烯（RGO）具有更為理想的點-面接觸模式，在電池極片的3D導電網絡搭建上更為理想。此外，石墨烯超大的比表面積在正負極主材改性方面，如負載、表面包覆等，也表現出出色的性能。但石墨烯本征的“空間位阻”效應在鋰離子電池中對于鋰離子的傳導輸運具有阻礙性，不利于電池倍率性能的提升，其主要表現理想的石墨烯長程有序的“六元環”原子排列，其六個碳原子組成的六元環中間空隙小于鋰離子的離子半徑。完整的石墨烯是不允許鋰離子正面穿梭的，鋰離子輸運只能在石墨烯邊緣或石墨烯表面孔隙缺陷處進行，此外，由于石墨烯的團聚、褶皺、堆疊在一定程度上增加了鋰離子輸運的自由程。石墨烯在還原處理后雖然獲得高比表面積、高導電性，但也使石墨烯Z軸電子呈“中性”的π-π耦合狀態，對離子親和力降低。

針對上述缺陷，本發明提供一種Li離子改性的還原氧化石墨烯粉體，使用該粉體制備的石墨烯導電劑在鋰離子傳導上有輔助增強作用，針對性的提高電池的倍率性能。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種Li離子改性的還原氧化石墨烯粉體，其具體的制備方式如下：

將洗滌后的氧化石墨烯漿料緩慢加入LiOH溶液中，升溫至40-70℃后在陶瓷旋轉儀中淘洗1.5-3h對所述氧化石墨烯漿料進行Li離子改性處理，獲得GO-Li漿料，隨后對所述GO-Li漿料進行均質、噴霧造粒獲得GO-Li粉體、還原、干燥處理，獲得Li離子改性的還原氧化石墨烯粉體。

其中，Li離子的摻雜溫度為40-70℃的原因在于，若溫度低于40℃，則LiOH溶液與氧化石墨烯漿料無法充分反應，無法完成對氧化石墨烯漿料的改性，若溫度高于70℃，氧化石墨烯漿料會初步被熱還原，被初步熱還原的石墨烯片層上具有羧基，在水中電離呈負電性，從而Li⁺離子與弱還原氧化石墨烯相互吸附形成水凝膠狀態，同時，溫度過高時氧化石墨烯部分氧化導致局部團聚、堆疊，團聚的氧化石墨烯不利于后續的均勻分散，且還原后團聚部分的石墨烯因片層堆疊而偏厚，導致鋰離子在脫嵌過程中空間位阻效應放大，從而降低電池倍率性能。典型而非限制性的，所述Li離子的摻雜溫度為40℃、50℃、60℃、70℃。