基于石墨烯的复合负极材料制造技术

本发明专利技术涉及一种基于石墨烯的复合负极材料，其特征在于：石墨烯为多孔结构，表面和片层之间均匀分布负极材料粒子，石墨烯占复合负极材料的质量百分比为10～50%。具有多孔结构的石墨烯可以提高负极活性物质充放电性能，还可以为离子的传输提供更多的扩散通道。该复合材料制备工艺简单，易于规模化。石墨烯复合负极材料可以作为锂离子电池、钠离子电池及超级电容器等的电极材料。

Composite negative electrode material based on graphene

The invention relates to a composite anode materials based on graphene, which is characterized in that the porous structure of graphene, between the surface and the layers of uniform distribution of anode material particles, percentage of graphene composite cathode material is 10 ~ 50%. Graphene with porous structure can improve the charging and discharging properties of negative active materials, and can also provide more diffusion channels for the transmission of ions. The preparation process of this composite material is simple and easy to scale. Graphene composite negative electrode materials can be used as electrode materials for lithium ion batteries, sodium ion batteries and supercapacitors.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石墨烯材料，特别是基于石墨烯的复合负极材料，属于新能源材料

技术介绍
动力电池技术的突破是节能和新能源汽车规模化应用的关键，目前所用的动力电池能量密度较低，重量体积大，使用寿命短，成本较高，工作温度范围窄，充电时间长。为了改善这些不利影响，人们从正极材料、负极材料、隔膜和电解液等方面进行动力电池的研究开发。石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料，在储能领域具有广阔的前景。已有很多研究致力于通过负极活性物质与石墨烯组成复合材料来提高电池器件的性能。申请公布号CN103050661A的中国专利公开了石墨烯复合锂离子电池负极材料及其制备方法，申请公布号CN102969508A的中国专利公开了锂离子电池碳包覆石墨烯复合材料制备方法及应用，申请公布号CN103050666A的中国专利公开了一种石墨烯包覆硅碳复合负极材料的制备方法，申请公布号CN103050672A的中国专利公开了一种锂离子电池负极用硅—石墨烯复合材料的制备方法，申请公布号CN103035888A的中国专利公开了硅、石墨烯复合材料的制备方法，申请公布号CN103035889A的中国专利公开了石墨烯/纳米硅复合电极片及其制备方法，申请公布号CN103022453A的中国专利公开了锂离子电池负极材料Si@SiOx/石墨烯复合物及其制备方法，申请公布号CN101877405A的中国专利公开了钛酸锂—石墨烯复合电极材料的制备方法，申请公布号CN103022459A的中国专利公开了一种石墨烯/钛酸锂复合负极材料的制备方法，申请公布号CN102874799A的中国专利公开了一种气相还原法制备石墨烯和二氧化钛复合材料的方法，申请公布号CN101937985A的中国专利公开了一种石墨烯/二氧化钛锂离子电池负极材料，申请公布号CN102891319A的中国专利公开了一种锂离子电池的石墨烯—二氧化锡复合材料制备方法。然而，由于石墨烯的二维纳米片层结构使其极易团聚在一起，石墨烯的性能优势很大一部分不能发挥出来。最近，人们开始研究具有孔结构的高比表面积石墨烯材料，例如，申请公布号CN102115069A的中国专利公开了具有多孔结构的石墨烯及其制备方法，申请公布号CN102107868A的中国专利公开了一种多孔石墨烯材料的制备方法，申请公布号CN102757036A的中国专利公开了多孔石墨烯的制备方法，申请公布号CN102992313A的中国专利公开了一种中孔发达的高比表面石墨烯及其制备方法，申请公布号CN102849734A的中国专利公开了一种多孔石墨烯的制备方法，申请公布号CN102826542A的中国专利公开了一种具有中孔的高比表面活性石墨烯、其制备方法及其用途，申请公布号CN103011152A的中国专利公开了一种具有多孔结构的石墨烯材料及其制备方法，申请公布号CN102874800A的中国专利公开了一种中孔的活化石墨烯、其制备方法。除了研究具有多孔结构的石墨烯材料的制备方法外，已有人开始将高比表面积、多孔石墨烯材料作为活性物质应用于储能领域。例如，申请公布号CN103011143A的中国专利公开了石墨烯及其制备方法、超级电容器，申请公布号CN102923698A的中国专利公开了一种超级电容器用三维多孔石墨烯的制备方法，申请公布号CN102891014A的中国专利公开了石墨烯电极活性物质及其制法和电极材料及电极片和应用，申请公布号CN102992308A的中国专利公开了一种具有高比电容的石墨烯及其制备方法，申请公布号CN101982408A的中国专利公开了石墨烯三维结构体材料及其制备方法和应用。综合以上分析可以看出，为了扩展石墨烯在储能领域的应用，人们开始研究具有高比表面积的多孔结构石墨烯。但目前大多集中于多孔结构的石墨烯作为单一活性物质用于储能领域。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种石墨烯复合负极材料，所用石墨烯具有多孔结构，石墨烯表面的孔结构大大提高了比表面积，不仅可以提高负极活性物质充放电性能，而且可以为离子的传输提供更多的扩散通道。本专利技术技术方案是这样实现的：基于石墨烯的复合负极材料，石墨烯为多孔结构，表面和片层之间均匀分布负极材料粒子，石墨烯占复合负极材料的质量百分比为10～50%。所述的负极材料为石墨，中间相炭微球，活性碳纤维，硬炭，Si，Co3O4，Fe3O4，TiO2，SnO2，Li4Ti5O12，NaxNbS2（0.1≤x≤0.9）中的一种。所述的石墨烯比表面积为800～2300m2/g。所述的复合负极材料的制备方法为物理混合，化学原位复合中的一种或它们的组合。所述的物理混合方法为搅拌、超声、球磨中的一种或它们的组合，混合过程中可干混、添加溶剂湿混或干混-湿混结合。所述的溶剂为去离子水或乙醇。所述的物理混合的步骤如下：按照质量比称取石墨烯放入到混合容器中，加入溶剂使石墨烯浸润完全，按照质量比将负极材料添加到混合容器中分散均匀，干燥，得到复合负极材料。所述的化学原位复合方法为石墨烯与合成负极材料的原料混合均匀，在合成过程中形成复合负极材料。所述的负极材料可作为锂离子电池、超级电容器、钠离子电池的负极材料。本专利技术的积极效果是采用具有多孔结构的石墨烯可以提高充放电性能，还可以为离子的传输提供更多的扩散通道。该复合材料制备工艺简单，易于规模化。石墨烯复合负极材料可以作为锂离子电池、钠离子电池及超级电容器等的电极材料。附图说明图1是本专利技术实施例1的复合负极材料的充放电测试曲线。图2是本专利技术实施例1的复合负极材料的循环伏安测试曲线。具体实施方式下面结构附图和实施例对本专利技术做进一步的描述：所述的实施例只是对本专利技术的权利要求的具体描述，权利要求包括但不限于所述的实施例内容。实施例1按照质量百分比20%称取比表面积为2200m2/g，孔径为3～8nm的石墨烯和Li4Ti5O12。将石墨烯放入到球磨机的球磨罐中，加入少量乙醇球磨2min，使石墨烯完全润湿，加入Li4Ti5O12继续球磨1h，取出混合完成的料，60℃干燥除去乙醇，得到Li4Ti5O12/石墨烯复合电极材料，与聚偏氟乙烯按照质量比95：5制成极片，可以作为超级电容器的负极。如图1、2所示。实施例2按照质量百分比20%称取比表面积为2200m2/g，孔径为3～8nm的石墨烯。将石墨烯放入到球磨机的球磨罐中，加入少量水球磨3min，使石墨烯完全润湿，加入蔗糖球磨溶解，再加入去离子水搅拌2min，加入Si粉球磨30min，取出混合完成的料，静电纺丝，干燥，然后在惰性气体氛围700℃煅烧2h，得到复合负极材料，与聚偏氟乙烯按照质量比90：10制成极片，可以作为锂离子电池负极。实施例3按照质量百分比10%称取比表面积为2200m2/g，孔径为3～8nm的石墨烯，与氯化锡、氢氧化钠在去离子水搅拌形成分散液。将得到的分散液放到水热反应釜中140℃反应12h，生成产物洗涤，干燥，然后在惰性气体氛围500℃煅烧30min，得到复合负极材料，与聚偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于石墨烯的复合负极材料，其特征在于：石墨烯为多孔结构，表面和片层之间均匀分布负极材料粒子，石墨烯占复合负极材料的质量百分比为10～50%。

【技术特征摘要】
1.基于石墨烯的复合负极材料，其特征在于：石墨烯为多孔结构，表面和片层之间均匀分布负极材料粒子，石墨烯占复合负极材料的质量百分比为10～50%。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的复合负极材料，其特征在于所述的负极材料为石墨，中间相炭微球，活性碳纤维，硬炭，Si，Co3O4，Fe3O4，TiO2，SnO2，Li4Ti5O12，NaxNbS2（0.1≤x≤0.9）中的一种。
3.根据权利要求1所述的基于石墨烯的复合负极材料，其特征在于所述的石墨烯比表面积为800～2300m2/g。
4.根据权利要求1所述的基于石墨烯的复合负极材料，其特征在于所述的复合负极材料的制备方法为物理混合，化学原位复合中的一种或它们的组合。
5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣常如，陈书礼，韩金磊，张克金，林革，魏晓川，王丹，米新艳，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22