一种用于锂离子电池的高性能石墨烯制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于锂离子电池的高性能石墨烯制备方法，包括如下步骤：A)将碳源和金属捕捉剂混合，得到改性碳源，所述碳源包括离子交换树脂、淀粉、纤维素和无定形碳中的一种或几种；B)将金属催化剂与所述步骤A)中的改性碳源混合，进行吸附，得到吸附有金属催化剂的改性碳源；(C)将石墨和表面活性剂混合，得到改性石墨；(D)将聚合物与所述步骤(C)中的改性石墨混合，进行吸附，得到吸附有聚合物的改性石墨；(E)将扩链剂与所述步骤(D)中的吸附有聚合物的改性石墨与吸附有金属催化剂的改性碳源进行加热混合，最后在剪切设备中剪切剥离得到石墨烯。本发明专利技术提供的制备方法成本低，操作简单，易于实现石墨烯的工业化生产。

A High Performance Graphene Preparation Method for Lithium Ion Batteries

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂离子电池的高性能石墨烯制备方法
本专利技术涉及一种制备方法，具体是一种用于锂离子电池的高性能石墨烯制备方法。
技术介绍
锂离子电池是一种二次充电电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动工作，在充放电过程中，锂离子在正负两个电极之间往返嵌入和脱嵌。锂电池内部采用螺旋绕制或叠结构结构，由正极、隔膜、负极、有机电解液、电池外壳组成。电池内充有有机聚合物电解质溶液。构成整个聚合物锂电充放电循环系统。锂离子电池中正极材料占有较大比例，正负极材料的质量比为3:1～4：1。锂离子电池正极材料在锂电池中占据核心地位，锂离子电池正极材料的性能直接影响着锂离子电池的的各项性能指标，锂电池的正极材料的成本也直接决定电池成本高低。目前商用锂例子电池的正极材料大多为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂，镍钴锰酸锂以及镍钴锰酸锂(三元材料)中加入少量锰酸锂。该些材料能量密度高、价格低廉、安全性优异，特别适用于动力电池的发展。但是这些正极材料的电阻率大、电极材料利用率低。而且商业锂电池的正极材料附着在集流板上，为了增加正极材料和集流板之间的导电性和附着力，在正极材料和集流板之间增加的导电剂和粘结剂，降低了锂电池的储能密度，产生较大电阻和热阻，在电池使用过程中，使锂离子电池发热，导致锂电池寿命短、倍率低、内热高、利用率低。石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯作为新型材料，具有超高的比表面和超强的导电性。高比表面特性导致石墨烯具有大的DBP值，吸液和保液能力是一般导电剂无法比拟的。石墨烯常温下电子迁移率超过15000cm2/V·s，比纳米碳管或硅晶体高，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。而石墨烯的电阻率只约为1Ω·m，比铜或银更低，为世界上电阻率最小、导电性最好的材料。将石墨烯作为商业锂离子电池的导电剂能够大大增强锂离子电池的导电能力，但石墨烯材料的成本极高，导致锂离子电池的成本太高，不利于推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于锂离子电池的高性能石墨烯制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于锂离子电池的高性能石墨烯制备方法，包括如下步骤：A)将碳源和金属捕捉剂混合，得到改性碳源，所述碳源包括离子交换树脂、淀粉、纤维素和无定形碳中的一种或几种；B)将金属催化剂与所述步骤A)中的改性碳源混合，进行吸附，得到吸附有金属催化剂的改性碳源；(C)将石墨和表面活性剂混合，得到改性石墨；(D)将聚合物与所述步骤(C)中的改性石墨混合，进行吸附，得到吸附有聚合物的改性石墨；(E)将扩链剂与所述步骤(D)中的吸附有聚合物的改性石墨与吸附有金属催化剂的改性碳源进行加热混合，最后在剪切设备中剪切剥离得到石墨烯。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤(C)中的石墨为鳞片石墨、膨胀石墨、热裂解石墨、高取向石墨、氧化石墨中的一种。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤(C)中的石墨为鳞片石墨、膨胀石墨、热裂解石墨、高取向石墨、氧化石墨中的一种。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤A中的碳源包括酚醛树脂、苯乙烯类树脂、环氧树脂、木炭粉、活性炭、介孔碳、淀粉和纤维素中的一种。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤A)中的金属捕捉剂包括有机硫重金属捕捉剂、磷酸盐类金属捕捉剂、氨基羧酸类金属捕捉剂、有机膦酸类金属捕捉剂和羟基羧酸类金属捕捉剂中的一种。作为本专利技术进一步的方案：所述磷酸盐类金属捕捉剂包括三聚磷酸钠、多聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠中的一种或几种；所述氨基羧酸类金属捕捉剂包括乙二胺四乙酸、氨基三乙酸、二乙撑三胺五乙酸、N-羟乙基乙胺三乙酸、乙二醇-双-(B-氨基乙醚)-N和N-四乙酸中的一种或几种；所述有机膦酸类金属捕捉剂包括依替膦酸、氨基三亚甲基膦酸、1-羟乙叉-1，1-二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸和氨基三甲叉膦酸中的一种或几种；所述羟基羧酸类金属捕捉剂包括氮川三乙酸钠、柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸钠、羟肟酸、聚丙烯酸和马来酸中的一种或几种。作为本专利技术再进一步的方案：表面活性剂与所述石墨的质量比为1：(10-80)。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的制备方法没有采用强酸或强碱进行氧化，而是采用金属催化剂催化得到石墨烯，对环境无污染。并且，本专利技术提供的制备方法将碳源用金属捕捉剂改性，使得金属催化剂与高分子碳源之间通过螯合作用，实现催化剂在所述碳源上的均匀吸附，从而使可用的碳源进一步扩展至交换容量小的离子交换树脂和不易发生离子吸附或离子交换的纤维素等高分子碳源；金属捕捉剂可实现金属催化剂在碳源上的均匀吸附，碳原子在催化剂表面进行重排，形成石墨烯薄层，从而得到质量较高的具有一定的三维结构石墨烯产品。另外，本专利技术提供的制备方法成本低，操作简单，易于实现石墨烯的工业化生产。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例中，一种用于锂离子电池的高性能石墨烯制备方法，包括如下步骤：A)将碳源和金属捕捉剂混合，得到改性碳源，所述碳源包括离子交换树脂、淀粉、纤维素和无定形碳中的一种或几种；B)将金属催化剂与所述步骤A)中的改性碳源混合，进行吸附，得到吸附有金属催化剂的改性碳源；(C)将石墨和表面活性剂混合，得到改性石墨；(D)将聚合物与所述步骤(C)中的改性石墨混合，进行吸附，得到吸附有聚合物的改性石墨；(E)将扩链剂与所述步骤(D)中的吸附有聚合物的改性石墨与吸附有金属催化剂的改性碳源进行加热混合，最后在剪切设备中剪切剥离得到石墨烯。所述步骤(C)中的石墨为鳞片石墨、膨胀石墨、热裂解石墨、高取向石墨、氧化石墨中的一种。所述步骤(C)中的石墨为鳞片石墨、膨胀石墨、热裂解石墨、高取向石墨、氧化石墨中的一种。所述步骤A中的碳源包括酚醛树脂、苯乙烯类树脂、环氧树脂、木炭粉、活性炭、介孔碳、淀粉和纤维素中的一种。所述步骤A)中的金属捕捉剂包括有机硫重金属捕捉剂、磷酸盐类金属捕捉剂、氨基羧酸类金属捕捉剂、有机膦酸类金属捕捉剂和羟基羧酸类金属捕捉剂中的一种。所述磷酸盐类金属捕捉剂包括三聚磷酸钠、多聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠中的一种或几种；所述氨基羧酸类金属捕捉剂包括乙二胺四乙酸、氨基三乙酸、二乙撑三胺五乙酸、N-羟乙基乙胺三乙酸、乙二醇-双-(B-氨基乙醚)-N和N-四乙酸中的一种或几种；所述有机膦酸类金属捕捉剂包括依替膦酸、氨基三亚甲基膦酸、1-羟乙叉-1，1-二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸和氨基三甲叉膦酸中的一种或几种；所述羟基羧酸类金属捕捉剂包括氮川三乙酸钠、柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸钠、羟肟酸、聚丙烯酸和马来酸中的一种或几种。表面活性剂与所述石墨的质量比为1：(10-80)。对于本领域技术人员而言，显然本专利技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本专利技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本专利技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本专利技术的范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂离子电池的高性能石墨烯制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A)将碳源和金属捕捉剂混合，得到改性碳源，所述碳源包括离子交换树脂、淀粉、纤维素和无定形碳中的一种或几种；B)将金属催化剂与所述步骤A)中的改性碳源混合，进行吸附，得到吸附有金属催化剂的改性碳源；(C)将石墨和表面活性剂混合，得到改性石墨；(D)将聚合物与所述步骤(C)中的改性石墨混合，进行吸附，得到吸附有聚合物的改性石墨；(E)将扩链剂与所述步骤(D)中的吸附有聚合物的改性石墨与吸附有金属催化剂的改性碳源进行加热混合，最后在剪切设备中剪切剥离得到石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池的高性能石墨烯制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A)将碳源和金属捕捉剂混合，得到改性碳源，所述碳源包括离子交换树脂、淀粉、纤维素和无定形碳中的一种或几种；B)将金属催化剂与所述步骤A)中的改性碳源混合，进行吸附，得到吸附有金属催化剂的改性碳源；(C)将石墨和表面活性剂混合，得到改性石墨；(D)将聚合物与所述步骤(C)中的改性石墨混合，进行吸附，得到吸附有聚合物的改性石墨；(E)将扩链剂与所述步骤(D)中的吸附有聚合物的改性石墨与吸附有金属催化剂的改性碳源进行加热混合，最后在剪切设备中剪切剥离得到石墨烯。2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的高性能石墨烯制备方法，其特征在于，所述步骤(C)中的石墨为鳞片石墨、膨胀石墨、热裂解石墨、高取向石墨、氧化石墨中的一种。3.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的高性能石墨烯制备方法，其特征在于，所述步骤(C)中的表面活性剂包括辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、失水山梨醇酯、脂肪酸聚氧乙烯酯中的一种。4.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的高性能石墨烯制备方法，其特征在于，所述步骤A中的碳源包括酚醛树脂、苯乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：车春玲，
申请(专利权)人：北京欧美中科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11