本发明专利技术公开了一种石墨烯掺杂与碳包覆改性石墨负极材料的制备方法，石墨烯对石墨的掺杂改性能解决石墨的高倍率性能较差的问题。由于石墨烯在石墨复合材料中起到了电子传输缓冲层的作用，因此提高了石墨复合材料的循环性能，另外石墨烯的引入可有效的抑制热处理过程中石墨颗粒的聚集，同时石墨烯掺杂石墨复合材料中锂离子扩散系数增大。本发明专利技术制备的石墨烯具有更高的比表面积，因此石墨的高倍率性能将进一步提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池负极材料，具体涉及一种石墨稀掺杂与碳包覆改性石墨负 极材料的制备方法。
技术介绍
随着汽车行业的发展，石油、天然气等不可再生石化燃料的耗竭日益受到关注，空 气污染和室温效应也成为全球性的问题。为解决能源问题，实现低碳环保，基于目前能源技 术的发展水平，电动汽车技术逐渐成为全球经济发展的重点方向，美国、日本、德国、中国等 国家相继限制燃油车使用，大力发展电动车。作为电动汽车的核心部件一一动力电池也迎 来了大好的发展机遇。动力电池是指应用于电动车的电池，包括锂离子电池、铅酸电池、燃 料电池等，其中，锂离子电池因具有比能量高、比功率大、自放电少、使用寿命长及安全性好 等优点，已成为目前各国发展的重点。 而作为锂离子电池负极材料的石墨类材料具有较低的锂嵌入/脱嵌电位、合适的 可逆容量且资源丰富、价格低廉等优点，是比较理想的锂离子电池负极材料。但它也存在 首次放电效率低、循环性能差、对电解液选择性高等缺点，使石墨材料应用受到限制。为了 解决石墨材料的上述缺点，人们通过各种方法对石墨进行改性处理，目前通常采用的方法 是碳包覆法。杨瑞枝等在《树脂炭包覆石墨作为锂离子电池负电极的研宄》（《无机材料学 报》，2000, 15 (4) :712- 718)中以液相浸渍法在天然鳞片石墨表面包覆酚醛树脂，运用恒 流充、放电，粉末微电极循环伏安法考察了充、放电性能。实验结果表明，经热处理的酚醛树 脂炭包覆石墨材料的放点容量较高，循环寿命较长，可作为高性能锂离子电池的负极材料。 何明等在《树脂碳包覆微晶石墨的制备及其电化学性能》（《电池》，2003, 3 (5) :281-284) 中在天然微晶石墨颗粒表面包覆一层树脂碳，包覆处理可以降低天然微晶石墨的首次不可 逆容量，采用先混合然后分散的方法包覆石墨，内部为天然微晶石墨，外部为1~2ym的酚 醛树脂热解碳层。锂离子实验电池测得天然微晶石墨的不可逆容量为14%，包覆石墨的不 可逆容量为7%。包覆处理能够很大程度上降低天然微晶石墨的不可逆容量。陈猛等在《沥 青包覆天然石墨的制备及性能研宄》（《电池工业》，2007, 12 (5) :298- 302)采用液相包覆 法，将沥青裂解碳包覆在天然球形石墨上，以改善其循环性能。实验结果表明，天然石墨经 沥青包覆后，不可逆容量损失从125. 5mAh/g减少到了 32. 5mAh/g，比容量从290. 8mAh/g提 高到了 365. 3mAh/g，50次循环后的容量保持率从55. 4%提高到了 93. 66%，有效改善了天然 石墨的循环性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种石墨烯掺杂与碳包覆改性石墨负极材料 的制备方法，旨在解决石墨高倍率充放电性能差和抗电解液有机溶剂相容性差等问题，提 高电池充放电的循环性能。 本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种石墨烯掺杂与碳包覆改性石 墨负极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤： (1) 将石墨烯溶于溶剂中，配成浓度为1~12mg/mL的石墨烯溶液； (2) 在搅拌条件下，将石墨在石墨烯溶液中混合均匀，同时按石墨重量的5~20%的 比例加入一定量的碳前驱体，得到石墨烯和石墨以及碳前驱体的溶胶凝胶，混合均匀后，在 60~80°C条件下干燥除去溶剂，得到粉末； (3) 在惰性气体保护下，将步骤（2)所得粉末加热至700~950°C，持续1~5小时，即 得到石墨烯掺杂与碳包覆改性石墨负极材料，石墨烯掺杂与包覆石墨复合材料中石墨烯的 质量百分比为1~5wt. %。 所述的石墨烯的制备过程如下：配制0.5~6mg/mL的氧化石墨烯水溶液，将氧 化石墨烯水溶液倒入不锈钢反应釜中，将不锈钢反应釜密封置于鼓风干燥箱中，在100~ 200°C条件下反应10~24小时，然后将不锈钢反应釜自然冷却至室温，用过滤纸吸取溶液 中的水份至干，得到的粉末置于真空干燥箱中充分干燥，即得到石墨烯，石墨烯材料的比表 面在 1800 ~2400m2/g。 所述的石墨为人造石墨或天然石墨，粒径D50介于5~25ym，比表面积< 6m2/g， 振实密度彡〇? 7g/cm3。 所述的石墨烯：石墨的质量比为（0? 02~0? 1) :1。所述的溶剂为水、甲醇或乙醇。 所述的碳前驱体为羟甲基纤维素钠、聚乙烯醇、酚醛树脂、环氧树脂、葡萄糖、淀 粉、沥青中的一种或两种以上的混合物。 所述的惰性气体为氮气或氩气。 与现有技术相比，本专利技术的优点在于超大表面积的石墨條的惨杂和包覆提尚了石 墨的电导率，制得的石墨烯掺杂与包覆石墨复合负极材料比容量高，循环性能好，可广泛应 用于各种锂离子电池。同时，本专利技术的制备方法成本低廉，工艺简单，适合于大规模的工业 化生产。 石墨烯对石墨的掺杂改性能解决石墨的高倍率性能较差的问题。由于石墨烯在石 墨复合材料中起到了电子传输缓冲层的作用，因此提高了石墨复合材料的循环性能，另外 石墨烯的引入可有效的抑制热处理过程中石墨颗粒的聚集，同时石墨烯掺杂石墨复合材料 中锂离子扩散系数增大。本专利技术制备的石墨烯具有更高的比表面积，因此石墨的高倍率性 能将进一步提尚。【具体实施方式】 以下结合具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。 实施例1 一种石墨烯掺杂与包覆石墨复合负极材料的制备方法，包括以下步骤： (1)配制5mg/mL的氧化石墨稀水溶液，将40mL5mg/mL的氧化石墨稀水溶液倒入 50mL聚四氟乙烯为内胆的不锈钢反应釜中，将不锈钢反应釜密封置于鼓风干燥箱中，于 180°C条件下反应20小时，然后将不锈钢反应釜自然冷却至室温，用过滤纸吸取溶液中的 水份至干，得到的粉末置于真空干燥箱中充分干燥，得到石墨烯材料。石墨烯材料的比表面 在 2000m2/g; (2) 在搅拌条件下，按石墨稀：天然石墨（D50 :10. 82ym，比表面积：6.lm2/g，振实密 度：0. 96g/cm3)的质量比为0. 05 :1的比例，将石墨在石墨烯溶液中混合均匀，同时按石墨 重量5%的比例加入碳前驱体一聚乙烯醇，得到石墨烯和石墨以及碳前驱体的溶胶凝胶，混 合均匀后，在80°C条件下干燥除去溶剂，得到粉末； (3) 在惰性气体保护下，将步骤（2)当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯掺杂与碳包覆改性石墨负极材料的制备方法，其特征在于采用以下步骤：(1)将石墨烯溶于溶剂中，配成浓度为1～12 mg/mL 的石墨烯溶液；(2)在搅拌条件下，将石墨在石墨烯溶液中混合均匀，同时按石墨重量的5～20%的比例加入一定量的碳前驱体，得到石墨烯和石墨以及碳前驱体的溶胶凝胶，混合均匀后，在60～80℃条件下干燥除去溶剂，得到粉末；(3)在惰性气体保护下，将步骤（2）所得粉末加热至700～950℃，持续1～5小时，即得到石墨烯掺杂与碳包覆改性石墨负极材料，石墨烯掺杂与包覆石墨复合材料中石墨烯的质量百分比为1～5 wt.%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：田东，
申请(专利权)人：田东，
类型：发明
国别省市：广东;44
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