[发明专利]一种石墨烯与石墨复合材料、制备方法及其作为锂离子电池负极材料的应用

说明书

本发明提供了一种石墨烯与石墨复合材料、制备方法及其作为锂离子电池负极材料的应用，方法为：将石墨用水解液进行表面处理，得到表面处理后的石墨；与石墨烯分散液搅拌混合；碳化，即可。与现有技术相比，本发明将石墨与石墨烯较好的复合来抑制反弹，同时石墨烯不仅是活性物质，也发挥导电剂的作用，形成更好的导电网络，提升倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种石墨烯与石墨复合材料、制备方法及其作为锂离子电池负极材料的应用。

背景技术

目前消费类锂离子电池对能量密度和倍率的需求越来越高，现有商业化负极材料为了满足高容高压高首效的需求，大多采用针状焦原材料来制备，该类材料可以获得较高的能量密度，但倍率性能较差，反弹较高。

如今，智能手机对倍率、快充需求越来高，快充带给大家的用户体验上的提升深入人心。因此在保持目前石墨较高能量密度的前提下，提升倍率性能显得尤为需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯与石墨复合材料及其制备方法，制备工艺简单可行，适合大规模生产。

本发明还有一个目的在于提供一种石墨烯与石墨复合材料作为锂离子电池负极材料的应用，能够抑制反弹，提高倍率性能和循环性能。

本发明具体技术方案如下：

一种石墨烯与石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将石墨用水解液进行表面处理，得到表面处理后的石墨；

2)将步骤1)得到的表面处理后的石墨与石墨烯分散液搅拌混合；

3)碳化，即可。

进一步的，步骤1)中，所述石墨是石墨粉；粒度13-18μm；

所述石墨采用针状焦原材料制备得到，相对于普通焦，针状焦具有各向异性，分子排布更有序，更易被石墨化，更易达到高克容量；

步骤1)中所述水解液用量为石墨质量的0.1％-2％；

步骤1)中所述水解液是乙醇、偶联剂和水搅拌混合，水解制备得到。

本发明中加入乙醇是起到助溶的作用和保证硅烷水解后溶液的稳定性，硅烷的醇水溶液的稳定性要比硅烷的水溶液好的多。

所述水解时间为30-60min，室温条件下水解即可。

所述水优选为去离子水。

所述乙醇、偶联剂和去离子水质量比为60-80:30-19:10-1；优选为72:20:8；

所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或几种混合。

偶联剂在乙醇和水的作用下进行水解，形成稳定的醇水溶液，若偶联剂是硅烷偶联剂或双金属偶联剂，偶联剂的烷氧基、酰氧基等水解产生硅羟基，与石墨和表面的羟基作用形成氢键，伴随着加热等过程脱水形成共价键，同理与石墨烯表面的环氧键、羟基、羧基作用也形成共价键，使石墨和石墨烯较好的复合在一起；若偶联剂是钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或磷酸酯偶联剂，除偶联剂的单烷氧基与石墨和石墨烯表面的羟基反应形成偶联外，焦磷酸酯基还可以分解形成磷酸酯基，结合一部分水。若偶联剂是硼酸酯偶联剂，硼酸酯偶联剂硼-氧骨架和羟基与石墨和石墨烯表面的环氧键、羟基、羧基作用形成共价键。

优选的，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH570；所述钛酸酯偶联剂优选为钛酸酯偶联剂201；所述铝酸酯偶联剂为铝酸酯偶联剂F-1；所述双金属偶联剂为双金属偶联剂TPM；所述磷酸酯偶联剂为磷酸酯偶联剂DN-27；所述硼酸酯偶联剂为硼酸酯偶联剂LD-100P；