THHQ/石墨烯复合材料、其制备方法、电池正极和锂离子电池技术

本发明专利技术属于电化学材料领域，其公开了一种THHQ/石墨烯复合材料、其制备方法、电池正极和锂离子电池；该THHQ/石墨烯复合材料，按照质量百分比，包括50~95%的THHQ和5~50%的石墨烯。本发明专利技术提供的THHQ/石墨烯复合材料，该复合材料存在高电导率的石墨烯，能有效的将电子快速的传导到其表面的THHQ分子活性反应中心，有利于提高THHQ分子容量的发挥。

【技术实现步骤摘要】
THHQ/石墨烯复合材料、其制备方法、电池正极和锂离子电池
本专利技术涉及电化学领域，尤其涉及一种THHQ/石墨烯复合材料及其制备方法。本专利技术还涉及一种使用THHQ/石墨烯复合材料作为正极活性材料的电池正极，以及使用该电池正极作为正极的锂离子电池。
技术介绍
随着各种新能源的发展，便携式电子设备的小型化发展及电动汽车对大容量高功率化学电源的广泛需求。目前商品化的锂离子电池大多采用无机正极/石墨体系，其中这些正极活性材料主要是磷酸铁锂，锰酸锂，钴酸锂，镍酸锂以及混合的体系。虽然这类体系的电化学性能优异，但是由于其本身容量较低(如磷酸铁锂的理论170mAh/g)，制备工艺复杂，成本高等诸多的缺点。以蒽醌及其聚合物、含共轭结构的酸酐等为代表的羰基化合物作为一种新兴的正极活性材料逐渐受到关注，其电化学反应机制是：放电时每个羰基上的氧原子得一个电子,同时嵌入锂离子生成烯醇锂盐；充电时锂离子脱出，羰基还原，通过羰基和烯醇结构之间的转换实现锂离子可逆地嵌入和脱出。THAQ（1，4，5，8-四羟基-9，10-蒽醌）是一种有机多醌类化合物其每个分子中有六个能与锂离子反应的活性电位，其理论容量855mAh/g，但是实际制备得到的THAQ（ActaPhys.-Chim.Sin.,2010,26(1)：47-50）容量仅为250mAh/g，远远小于其理论容量。
技术实现思路
基于上述问题，本专利技术提供一种THHQ/石墨烯复合材料。本专利技术的技术方案如下：一种THHQ/石墨烯复合材料，按照质量百分比，其包括50~95%的THHQ和5~50%的石墨烯；其中，THHQ，即是1，4，5，8-四羟基-六苯四醌。上述THHQ/石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1、将氧化石墨加入水中超声0.5~3h形成浓度为1.1~8.3g/L悬浮液；S2、将THAQ单体加入步骤S1的悬浮液中搅拌30~120min，然后再加入FeCl3，继续搅拌1~3小时，得到混合溶液；其中，FeCl3与THAQ单体的摩尔比为1~5:1；S3、将还原剂，如，NaBH4、KBH4、水合肼或乙二胺缓慢的加入到步骤S2的混合溶液中，室温剧烈搅拌24~48h，水洗、过滤，60~100℃真空干燥滤物12~24h后得到THHQ/石墨烯复合材料。上述THHQ/石墨烯复合材料的制备方法的步骤S1中，氧化石墨采用如下方法制得：将石墨加入浓硫酸和浓硝酸组成的混合酸液中形成混合液，将混合液的温度保持在-2℃~2℃搅拌10min~30min；向混合液中加入高锰酸钾，继续将混合液的温度保持在-2℃~2℃搅拌1h；将混合液升温至80℃~90℃并保持0.5h~2h；向混合液中加入去离子水，继续在80℃~90℃保温0.5h~2h；及向混合液中加入过氧化氢除去高锰酸钾，抽滤，洗涤固体物，干燥固体物后得到氧化石墨；其中，石墨与浓硫酸及浓硝酸的固液比为1g:80ml~110ml:15ml~35ml；石墨与高锰酸钾的质量比为1:1~1:10。上述THHQ/石墨烯复合材料的制备方法的步骤S3中，还原剂与氧化石墨的质量比为10~50:1。本专利技术还提供一种电池正极，包括铝箔以及涂覆在铝箔上的正极活性材料，该正极活性材料上述THHQ/石墨烯复合材料。本专利技术提供的一种锂离子电池，该电池采用上述电池正极作为正极。本专利技术提供的THHQ/石墨烯复合材料，该复合材料存在高电导率的石墨烯，能有效的将电子快速的传导到其表面的THHQ分子活性反应中心，有利于提高THHQ分子容量的发挥。附图说明图1为本专利技术THHQ/石墨烯复合材料的制备工艺流程图；图2为实施例9的锂离子电池结构示意图。具体实施方式本发提供一种可用于锂离子电池正极的活性材料，即THHQ/石墨烯复合材料，其中、THHQ（即1,4,5,8-四羟基-六苯四醌）的质量百分比为50~95%，石墨烯占5~50%。该THHQ/石墨烯复合材料的制备方法，如图1所示，包括如下工艺步骤：S1、将氧化石墨烯加入水中超声0.5~3h形成悬浮液；S2、将THAQ（即1,4,5,8-四羟基-9,10-蒽醌）单体加入步骤S1的悬浮液中搅拌30~120min，然后再加入FeCl3，继续搅拌1~3小时，得到混合溶液；其中，FeCl3与THAQ单体的摩尔比为1~5:1；FeCl3起氧化剂作用，THAQ单体在氧化剂FeCl3的作用下进一步形成二聚体THHQ，反应式如下：S3、将还原剂，如，NaBH4、KBH4、水合肼或乙二胺缓慢的加入到上述混合溶液中，室温剧烈搅拌24~48h，水洗、过滤、60~100℃真空干燥12~24h后得到THHQ/石墨烯复合材料。上述THHQ/石墨烯复合材料的制备方法的步骤S1中，氧化石墨采用如下方法制得：将石墨加入浓硫酸和浓硝酸组成的混合酸液中形成混合液，将混合液的温度保持在-2℃~2℃搅拌10min~30min；向混合液中加入高锰酸钾，继续将混合液的温度保持在-2℃~2℃搅拌1h；将混合液升温至80℃~90℃并保持0.5h~2h；向混合液中加入去离子水，继续在80℃~90℃保温0.5h~2h；及向混合液中加入过氧化氢除去高锰酸钾，抽滤，洗涤固体物，干燥固体物后得到氧化石墨；其中，石墨与浓硫酸及浓硝酸的固液比为1g:80ml~110ml:15ml~35ml；石墨与高锰酸钾的质量比为1:1~1:10。上述步骤S3中，还原剂加入的质量与氧化石墨的质量比为10~50:1；本专利技术提供的THHQ/石墨烯复合材料，该复合材料存在高电导率的石墨烯，能有效的将电子快速的传导到其表面的THHQ分子活性反应中心，有利于提高THHQ分子容量的发挥。下面结合附图，对本专利技术的较佳实施例作进一步详细说明。实施例1~4是THHQ/石墨烯复合材料的制备方法实施例1（1）制备氧化石墨：将1g的石墨加入80ml的浓硫酸和15ml的浓硝酸组成的混合酸液中形成混合液，将混合液的温度保持在-2℃搅拌30min；向混合液中加入1g的高锰酸钾，继续将混合液的温度保持在-2℃搅拌1h；将混合液升温至80℃并保持2h；向混合液中加入去离子水，继续在80℃保温2h；及向混合液中加入过氧化氢除去高锰酸钾，抽滤，洗涤固体物，干燥固体物后得到氧化石墨。（2）将200mg氧化石墨加入100mL水中超声0.5h形成悬浮液，（3）将120mgTHAQ单体加入悬浮液中机械搅拌30min，然后加入189mg的FeCl3到上述悬浮液中机械搅拌1h，得到混合溶液。（4）将4g的KBH4缓慢的加入到上述混合溶液中，室温剧烈搅拌24h，水系、过滤、60℃真空干燥12h后得到含THHQ质量分数为50%的THHQ/石墨烯复合材料。实施例2（1）制备氧化石墨：将1g的石墨加入110ml的浓硫酸和35ml的浓硝酸组成的混合酸液中形成混合液，将混合液的温度保持在2℃搅拌10min；向混合液中加入10g的高锰酸钾，继续将混合液的温度保持在2℃搅拌1h；将混合液升温至90℃并保持0.5h；向混合液中加入去离子水，继续在90℃保温0.5h；及向混合液中加入过氧化氢除去高锰酸钾，抽滤，洗涤固体物，干燥固体物后得到氧化石墨。（2）将83mg氧化石墨加入100mL水中超声3h形成悬浮液，（3）将950mgTHAQ单体加入悬浮液中机械搅拌120min，然后加入501mg本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种THHQ/石墨烯复合材料，其特征在于，按照质量百分比，包括50~95%的THHQ和5~50%的石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种THHQ/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将氧化石墨加入水中超声0.5～3h形成浓度为1.1～8.3g/L悬浮液；S2、将THAQ单体加入步骤S1的悬浮液中搅拌30～120min，然后再加入FeCl3，继续搅拌1～3小时，得到混合溶液；其中，FeCl3与THAQ单体的摩尔比为1～5:1；S3、将还原剂缓慢的加入到步骤S2的混合溶液中，室温剧烈搅拌24～48h，水洗、过滤，60～100℃真空干燥滤物12～24h后得到THHQ/石墨烯复合材料；其中，THHQ表示1,4,5,8-四羟基-六苯四醌；THAQ表示1,4,5,8-四羟基-9,10-蒽醌。2.根据权利要求1所述的THHQ/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，氧化石墨采用如下步骤制得：将石墨加入浓硫酸和浓硝酸组成的混合酸液中形成混合液，将混合液的温度保持在-2℃～2℃搅拌10min～30min；向...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，钟玲珑，王要兵，
申请(专利权)人：海洋王照明科技股份有限公司，深圳市海洋王照明技术有限公司，
类型：发明
国别省市：