[发明专利]一种有机功能化石墨烯材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种有机功能化石墨烯材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：将氧化石墨烯置于去离子水中充分搅拌，并超声处理使氧化石墨烯分散均匀后，加入四羟基苯醌，持续搅拌后干燥，得到四羟基苯醌功能化石墨烯材料。所述制备方法工艺简单易行，同时，四羟基苯醌功能化后的石墨烯材料解决了有机材料导电性较差，易溶于锂离子电池有机电解液和石墨烯材料容量较低的问题，用做锂离子电池负极材料，体现了优异的倍率性能和循环稳定性，具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明涉及有机功能化石墨烯材料领域，具体涉及一种四羟基苯醌功能化石墨烯材料及其制备方法与在锂离子电池中的应用。

背景技术

随着现代社会科技的快速发展，人们对锂离子电池的能量密度有着更大的需求。传统的锂离子电池使用石墨材料作为负极，然而石墨材料理论容量较低(372mAh/g)，不能够满足人们的需要。为了提升锂离子电池的容量和倍率性能，一些新型的负极材料被应用在锂离子电池上，包括硅基材料和过渡金属氧化物材料。然而它们的库伦效率较低，循环稳定性较差和矿物资源的有限，限制了它们在锂离子电池上的应用。与之相反，来自生物体和自然界的有机负极材料是一种可持续发展的材料。有机负极材料通过在锂离子充放电中多电子的反应，能够得到较高的容量。四羟基苯醌是一种典型的共轭羰基化合物，应用在锂离子电池负极材料上，有着较好的充放电性能。然而有机负极材料的电导率较低，使得锂离子电池的倍率性能较差。而且在充放电过程中会溶解在有机电解液中，从而导致电池容量的损失。

发明内容

本发明的目的是针对现有材料的上述缺陷，为了解决有机材料导电性较差，易溶于锂离子电池有机电解液和石墨烯材料容量较低的问题，提供了一种有机功能化石墨烯材料的制备方法，所述制备方法通过酯化反应，将四羟基苯醌接枝在氧化石墨烯上，利用石墨烯作为传导锂离子和电子的通道，同时，避免了四羟基苯醌在有机电解液中的溶解，还大幅度地提高了材料的电化学性能。此方法步骤简便易行，可应用于大批量制备四羟基苯醌功能化石墨烯材料，并可用于其它种类有机功能化石墨烯材料上。

本发明的另一目的在于提供由上述制备方法得到的有机功能化石墨烯材料。

本发明的再一目的在于提供上述有机功能化石墨烯材料的应用。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种有机功能化石墨烯材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：将氧化石墨烯置于去离子水中充分搅拌，并超声处理使氧化石墨烯分散均匀后，加入四羟基苯醌，持续搅拌后干燥，得到四羟基苯醌功能化石墨烯材料。

进一步地，所述持续搅拌的方式为磁力搅拌，搅拌时间为6～36h。

进一步地，所述干燥温度为70～100℃。

进一步地，所述四羟基苯醌与氧化石墨烯的质量比为1:3～3:1。

进一步地，所述四羟基苯醌与氧化石墨烯的质量比为1:1。

进一步地，所述将氧化石墨烯置于去离子水中充分搅拌的搅拌时间为30min，超声处理的时间为30min。

所述有机功能化石墨烯材料为四羟基苯醌功能化石墨烯材料，通过上述制备方法得到。

所述有机功能化石墨烯材料能够用于作为锂离子电池负极材料。