[发明专利]一种石墨烯复合材料及其制备方法及锂离子电池负极

说明书

本发明公开了一种石墨烯复合材料及其制备方法与其在锂离子电池负极，包括利用改进的Hummers法氧化还原石墨粉，同时添加黄糊精作为稳定剂，丙氨酸作与水合肼共同作用氧化石墨烯制备得到氨基功能化的石墨烯。进一步通过高能球磨与SnO₂/SiO粉体混合，再经高温煅烧制备得到石墨烯/SnO₂/SiO复合材料。本发明制备得到的复合材料以有效降低石墨烯的团聚程度且比表面积大、导电性能高。此外还公开了一种利用此复合材料制备得到一种锂离子电池负极，可以大大提高锂离子电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯制备技术领域，具体涉及一种石墨烯复合材料及其制备方法与其在锂离子电池负极技术中的应用。

背景技术

石墨烯是一种拥有独特结构及优异性能的新型材料，它为单原子层二维蜂窝状结构，被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元。零维富勒烯是由石墨烯弯曲成足球状得到的，一维的碳纳米管是由石墨烯卷曲而成，三维结构的石墨则被认为是石墨烯片层的紧密堆叠。近年来关于石墨烯的理论研究、实验制备及应用等方面已成为国内外研究的热点。由于石墨烯具有高导电性、高导热性、高比表面积、高强度和刚度等诸多优良特性，在储能、光电器件、化学催化等诸多领域获得了广泛的应用，其中在锂离子电池领域尤为突出叫。锂离子电池是迄今为止比能量最高的二次电池，具有最好的综合性能，已成为便携式电子设备和动力电源的首选，特别是后者，对锂离子电池的能量密度、功率密度提出了更高的要求。目前商业化的锂离子电池大多采用石墨作为负极，但石墨较差的倍率性能和较低的理论容量(372mAh/g)是制约锂离子电池作为未来大规模储能设备的主要瓶颈之一。因此，开发新型高能负极材料迫在眉睫。

石墨烯的出现为锂离子电池高性能的突破带来了可能，从而为高容量、高倍率、长寿命的锂离子电池材料的研究掀起新一轮的研究热潮。

现有技术CN106960959A公开了一种锂离子电池负极及锂离子电池，它由集流体和涂覆在该集流体上的负极材料构成，所述负极材料由石墨类活性物质、导电剂、粘结剂和添加剂组成；其添加剂首次充电的锂离子接收能力为所述石墨类活性物质的0.2wt％-4wt％。此锂离子电池负极，直接选用石墨作为负极材料的活性物质，由于石墨的理论容量、导电性能偏低，由其得到的负极的容量也将得到限制。

现有技术CN107359308A公开了一种石墨烯硅锂电池负极材料的制备设备及方法，其制备方法主要是利用Hummers法制备氧化石墨烯，再将其与纳米硅、商业碳纳米管在一定条件下复合得到石墨烯/碳纳米管/硅负极材料。在此发明中，得到的负极材料其分散性不高，且容易发生再次聚集，从而影响锂离子电池的循环性能。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种石墨烯复合材料的制备方法，用此方法得到的石墨烯复合材料可以有效降低石墨烯的团聚程度且比表面积大、导电性能高。

与此同时，本发明另一个要解决的技术问题是提供一种锂离子电池负极，此负极可以有效抑制SEI膜的形成，大大提高了锂离子电池的循环性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A、氧化还原法制备石墨烯

(1)将H₃PO₄、H₂SO₄混合溶液与石墨粉搅拌混合，搅拌速度为400-600r/min，搅拌时间0.5-1.5h，分批次加入高锰酸钾，反应中保持温度低于30℃；

(2)升温至30-40℃，加入去离子水，继续升温至50-60℃，反应0.5-1h；

(3)降温至35-45℃，逐滴加入双氧水得到混合液，所述双氧水质量分数为20-40％；

(4)将所得混合液离心分离，除去上层液，得到的固体分别用盐酸、蒸馏水洗涤；