[发明专利]一种石墨烯电池负极复合材料

说明书

本发明公开了一种石墨烯电池负极复合材料，是在石墨烯表面依次包覆碳和碳化硅而得，其中，石墨烯、碳和碳化硅的质量比为1：0.08～0.1：0.15～0.25。本发明的石墨烯电池负极复合材料具有较高的首次库伦效率，降低了正极材料用量，进而降低了整个电池的成本。本发明在石墨烯表面依次包覆碳和碳化硅，所得石墨烯电池负极复合材料具有高容量和高循环稳定性等特点。本发明制备方法涉及的石墨烯分散，采用聚氧乙烯蓖麻油作为分散剂，并通过控制分散剂的用量实现了石墨烯的均匀分散，提高了电学性能。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，具体涉及一种石墨烯电池负极复合材料。

背景技术

石墨烯具有优异的机械、电学、热学和抗菌性能，电阻率比铜或银更低，为目前世界上电阻率最小的材料。

近年来石墨烯作为一种新型的碳负极材料越来越受到人们的广泛关注，其大大提高了负极材料的比容量，远远高于商业化的石墨负极在几十分钟内的充放电容量，故石墨烯基电池具有巨大的应用前景。

但是，石墨烯从实验室走向商业化应用还有很多问题需要解决，特别是石墨烯的首次库伦效率低，会大幅提高正极材料的用量，进而提高整个电池的成本。

另外，石墨烯应用过程中还存在一个非常重要的问题，如何实现石墨烯的高效分散。由于石墨烯的表面呈惰性状态，化学稳定性高，与其他介质的相互作用较弱，并且在范德华力作用下容易发生聚集。目前通常采用加入分散剂的方法进行分散，常用的分散剂包括十二烷基苯磺酸钠或聚乙烯吡咯烷酮等，分散效果并不理想，而且分散的石墨烯稳定性也较差，影响了石墨烯的电学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合纳米材料，具体涉及一种石墨烯电池负极复合材料。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种石墨烯电池负极复合材料，是在石墨烯表面依次包覆碳和碳化硅而得，其中，石墨烯、碳和碳化硅的质量比为1∶0.08～0.1∶0.15～0.25。

上述一种石墨烯电池负极复合材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)分散石墨烯：石墨烯在聚氧乙烯蓖麻油的作用下均匀分散于乙二醇中；

(2)包覆碳：将步骤(1)所得分散石墨烯加入有机碳源水溶液中，搅拌3～4小时，再在110～120℃继续搅拌蒸发溶剂后，于800～1000℃高温热解5～8小时，即得碳包覆的石墨烯；

(3)包覆碳化硅：将碳化硅与步骤(1)所得碳包覆的石墨烯一并置于球磨机中研磨，将所得粉体置于管式炉中加热焙烧，然后随炉降至室温，即得。

优选的，步骤(1)中，石墨烯、聚氧乙烯蓖麻油与乙二醇的质量比为0.001∶0.05～0.08∶95～98。

优选的，步骤(2)中，有机碳源水溶液中有机碳源的质量百分数为3～15％，所述有机碳源选自葡萄糖或蔗糖中的任一种。

优选的，步骤(3)中的碳化硅是通过以下方法制备得到的：

(31)制备碳化硅前驱体；

(32)碳化硅前驱体在氦气气氛保护下，以18～20℃/min的升温速率升温至1500～1550℃，保温10～12小时，自然冷却至室温，得到墨绿色的初期碳化硅；

(33)将步骤(32)所得初期碳化硅加入质量浓度35％的氢氟酸溶液中，除去未反应的二氧化硅，水洗，过滤，烘干，即得。