一种石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：1)氧化石墨烯分散液的制备；2)双组分金属氧化物的制备；3)锂离子电池负极材料的制备。本发明专利技术石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其负极材料由石墨烯与金属氧化物在一定条件下反应制得，本发明专利技术制备方法简单，方便实施，得到的石墨烯锂离子电池负极材料充分结合了金属氧化物材料较高的理论容量以及石墨烯高导电性、高比表面积的优势；同时，在石墨烯与金属氧化物的反应过程中，石墨烯片层中形成微孔，有利于锂离子在所得到的负极材料中间的快速传输，提高了充放电速度。

A negative electrode material of graphene lithium ion battery and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法
本专利技术涉及电化学和新能源材料领域，尤其是一种石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法。
技术介绍
二十世纪七十年代初，锂离子电池的研究工作由于能源危机得到了促进，以Li或Li-Al合金作为负极材料，包括Li/MnO2、Li/I2、Li/SOCl2、Li/FeS2等的锂原电池相继出现。在高速发展的现代社会中，石油、煤、天然气等传统能源日益枯竭的今天，新一代电池作为一种对环境友好的新型能源而受到人们的重视。专家、学着指出，锂离子电池、金属氢化物镍电池、无汞碱性锌锰电池、燃料电池、太阳能电池等将是21世纪最理想的绿色环保电源，电池工业将成为最有发展前途的十大支柱产业中的排名第二的能源产业。锂离子电池有着独特的嵌入/脱出锂离子的充放电机理，与同类的电池产品相比，它具有比容量大、工作电压高、安全性高、环境污染小等优点。作为锂离子电池储锂主体的负极材料的开发，就变成了提高锂离子电池总比容量、充放电及循环性能的关键点。早期，锂离子电池的负极材料以锂合金为主，主要的问题在于循环性能差及首次不可逆容量大。其根本原因在于负极材料在充放电过程中存在晶体结构的重组，导致较大的体积膨胀；另外，也有相同体积变化造成嵌锂物质的损失。所以在产业化后的商用电池中，摒弃了理论比容量高的合金材料而改用和锂离子形成层插化合物的石墨类碳材料。由于石墨类碳材料可以通过其石墨间隙容纳锂离子，从而解决了体积膨胀的问题。而这类电化学性能优良的石墨类碳材料，也就变成了现在锂离子电池中最常见的负极材料。然而，石墨类碳材料储锂理论容量低，始终是一个根本性的问题。一般的石墨类碳材料的理论比容量仅为372mAh/g，而实际应用中已达到了370mAh/g，已基本上接近理论水平。即使是改性的石墨类碳材料，其容量也才450mAh/g。因此，石墨虽然保证了锂离子电池的循环性能，但也大大限制了它的总比容量，而这远远跟不上现在对于锂离子电池的功能要求。所以，具有高容量的、石墨类碳材料以外的锂离子电池负极材料的开发，已经成为当务之急。
技术实现思路
为了克服现有技术中所存在的缺陷，本专利技术提供一种石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：1)氧化石墨烯分散液的制备：用电子天平称取1g氧化石墨烯，将其放到1L的烧杯中，向烧杯中依次加入200mL去离子水中、200mL无水乙醇，将烧杯放到超声波清洗机中超声2～3h，得到氧化石墨烯分散液；2)双组分金属氧化物的制备：用电子天平称取18.2g的乙酸铜，将其放到2L的烧杯中，向烧杯中加入1.2L的无水乙醇，然后再加入3g尿素，磁力搅拌15～20min，继续加入35.6g的乙酸钴，磁力搅拌0.5～1h，再依次逐滴加入20mL聚乙烯吡咯烷酮和20mL3-氨丙基三乙氧基硅烷，最后加入3g氢氧化钠固体，磁力搅拌1～2h，得到双组分金属氧化物；3)锂离子电池负极材料的制备：将氧化石墨烯分散液缓慢加入到双组分金属氧化物后，在加入过程中边搅拌，待混合完全后，将混合液放到超声波清洗机中超声1～2h，将超声后的溶液转移到聚四氟乙烯反应釜中，在140℃下加热10h；自然冷却后，用布氏漏斗抽滤；将抽滤后的产物用去离子水和无水乙醇各洗涤3次；将得到的产物放到空气中自然晾干；样品干燥后，用玛瑙研钵研磨成细粉末；最终样品在保护气体下，在500℃烧结2h，再在180℃空气中烧结8h，即可得到锂离子电池负极材料。上述的一种石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法，所述的氧化石墨烯为片层结构，片层的尺寸大小为5～10μm。上述的一种石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法，所述保护气体选用氮气或氩气中的一种。与现有技术相比本专利技术具有以下优点和突出性效果：本专利技术的有益效果是，本专利技术石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其负极材料由石墨烯与金属氧化物在一定条件下反应制得，本专利技术制备方法简单，方便实施，得到的石墨烯锂离子电池负极材料充分结合了金属氧化物材料较高的理论容量以及石墨烯高导电性、高比表面积的优势；同时，在石墨烯与金属氧化物的反应过程中，石墨烯片层中形成微孔，有利于锂离子在所得到的负极材料中间的快速传输，提高了充放电速度。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术实施例1中得到的石墨烯锂离子电池负极材料的SEM图；具体实施方式为使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合具体实施方式对本专利技术作详细说明。【实施例1】一种石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：1)氧化石墨烯分散液的制备：用电子天平称取1g氧化石墨烯，将其放到1L的烧杯中，向烧杯中依次加入200mL去离子水中、200mL无水乙醇，将烧杯放到超声波清洗机中超声2h，得到氧化石墨烯分散液；2)双组分金属氧化物的制备：用电子天平称取18.2g的乙酸铜，将其放到2L的烧杯中，向烧杯中加入1.2L的无水乙醇，然后再加入3g尿素，磁力搅拌15min，继续加入35.6g的乙酸钴，磁力搅拌0.5h，再依次逐滴加入20mL聚乙烯吡咯烷酮和20mL3-氨丙基三乙氧基硅烷，最后加入3g氢氧化钠固体，磁力搅拌1h，得到双组分金属氧化物；3)锂离子电池负极材料的制备：将氧化石墨烯分散液缓慢加入到双组分金属氧化物后，在加入过程中边搅拌，待混合完全后，将混合液放到超声波清洗机中超声1h，将超声后的溶液转移到聚四氟乙烯反应釜中，在140℃下加热10h；自然冷却后，用布氏漏斗抽滤；将抽滤后的产物用去离子水和无水乙醇各洗涤3次；将得到的产物放到空气中自然晾干；样品干燥后，用玛瑙研钵研磨成细粉末；最终样品在保护气体下，在500℃烧结2h，再在180℃空气中烧结8h，即可得到锂离子电池负极材料。进一步的，所述的氧化石墨烯为片层结构，片层的尺寸大小为5μm。进一步的，所述保护气体为氩气。【实施例2】一种石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：1)氧化石墨烯分散液的制备：用电子天平称取1g氧化石墨烯，将其放到1L的烧杯中，向烧杯中依次加入200mL去离子水中、200mL无水乙醇，将烧杯放到超声波清洗机中超声3h，得到氧化石墨烯分散液；2)双组分金属氧化物的制备：用电子天平称取18.2g的乙酸铜，将其放到2L的烧杯中，向烧杯中加入1.2L的无水乙醇，然后再加入3g尿素，磁力搅拌20min，继续加入35.6g的乙酸钴，磁力搅拌1h，再依次逐滴加入20mL聚乙烯吡咯烷酮和20mL3-氨丙基三乙氧基硅烷，最后加入3g氢氧化钠固体，磁力搅拌2h，得到双组分金属氧化物；3)锂离子电池负极材料的制备：将氧化石墨烯分散液缓慢加入到双组分金属氧化物后，在加入过程中边搅拌，待混合完全后，将混合液放到超声波清洗机中超声2h，将超声后的溶液转移到聚四氟乙烯反应釜中，在140℃下加热10h本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：/n1)氧化石墨烯分散液的制备：用电子天平称取1g氧化石墨烯，将其放到1L的烧杯中，向烧杯中依次加入200mL去离子水中、200mL无水乙醇，将烧杯放到超声波清洗机中超声2～3h，得到氧化石墨烯分散液；/n2)双组分金属氧化物的制备：用电子天平称取18.2g的乙酸铜，将其放到2L的烧杯中，向烧杯中加入1.2L的无水乙醇，然后再加入3g尿素，磁力搅拌15～20min，继续加入35.6g的乙酸钴，然后再加入3g尿素，磁力搅拌0.5～1h，再依次逐滴加入20mL聚乙烯吡咯烷酮和20mL3-氨丙基三乙氧基硅烷，最后加入3g氢氧化钠固体，磁力搅拌1～2h，得到双组分金属氧化物；/n3)锂离子电池负极材料的制备：将氧化石墨烯分散液缓慢加入到双组分金属氧化物后，在加入过程中边搅拌，待混合完全后，将混合液放到超声波清洗机中超声1～2h，将超声后的溶液转移到聚四氟乙烯反应釜中，在140℃下加热10h；自然冷却后，用布氏漏斗抽滤；将抽滤后的产物用去离子水和无水乙醇各洗涤3次；将得到的产物放到空气中自然晾干；样品干燥后，用玛瑙研钵研磨成细粉末；最终样品在保护气体下，在500℃烧结2h，再在180℃空气中烧结8h，即可得到锂离子电池负极材料。/n...

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)氧化石墨烯分散液的制备：用电子天平称取1g氧化石墨烯，将其放到1L的烧杯中，向烧杯中依次加入200mL去离子水中、200mL无水乙醇，将烧杯放到超声波清洗机中超声2～3h，得到氧化石墨烯分散液；
2)双组分金属氧化物的制备：用电子天平称取18.2g的乙酸铜，将其放到2L的烧杯中，向烧杯中加入1.2L的无水乙醇，然后再加入3g尿素，磁力搅拌15～20min，继续加入35.6g的乙酸钴，然后再加入3g尿素，磁力搅拌0.5～1h，再依次逐滴加入20mL聚乙烯吡咯烷酮和20mL3-氨丙基三乙氧基硅烷，最后加入3g氢氧化钠固体，磁力搅拌1～2h，得到双组分金属氧化物；
3)锂离子电池负极材料的制备：将氧化石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：昝武，潘成伟，潘真如，
申请(专利权)人：昝武，
类型：发明
国别省市：山东;37