一種石墨烯復合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多孔電極的制備方法，該方法使用茶葉渣在高溫下碳化可以轉(zhuǎn)化為氮摻雜的硬碳，將硬碳與石墨烯進行復合，在一定程度上降低了石墨烯的比表面。本發(fā)明提供的石墨表面處理方法能夠用于提升石墨表面的化學活性和提升電化學反應中材料在石墨表面的形核幾率和負載量。使用該方法制備的多孔電極，具有較好的導電性和循環(huán)穩(wěn)定性，具有較高的比容量和較長的使用壽命。
【專利說明】
一種石墨烯復合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種石墨烯復合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，石墨烯由于環(huán)境友好、電化學性能穩(wěn)定，作為負極材料在商業(yè)化鋰離子電池中得到廣泛的應用
單一的石墨烯材料用作電極材料，受到諸多因素的限制，如石墨烯比表面過大(理論值2630m2/g)，片層之間容易團聚，大大提高了不可逆容量損失(較低的首次庫侖效率(〈73%))并降低了其作為電極材料電導率，從而給電極制片工藝方面帶來不良影響。特別是，單一的石墨烯電極材料在大倍率充放電時，容量衰減太快。
[0003]核/殼納米結(jié)構(gòu)如金屬氧化物/碳、導電聚合物/碳、金屬氧化物/金屬氮化物等復合材料已被廣泛用于研究。核/殼材料復合是指單層或多層的有機或無機材料包覆在有機或無機核顆粒的周圍，這是提高該核顆粒的穩(wěn)定性和表面化學性能的有效方式，而且可以達到不可能從一種材料上獲得的獨一無二的物理化學特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種石墨烯復合材料的制備方法，使用該方法制備的石墨烯復合材料，具有較好的導電性和循環(huán)穩(wěn)定性，具有較高的比容量和較長的使用壽命。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種石墨烯復合材料的制備方法，該方法包括如下步驟:
(1)將茶葉渣進行干燥，粉碎和過篩得固態(tài)物質(zhì)，將質(zhì)量比為1:0.2-0.5的硅粉與上述固態(tài)物質(zhì)，加入溶劑球磨2-10h，篩分出100目的漿料；
(2)將漿料在進風溫度200-350°C，出風溫度90-180°C，轉(zhuǎn)速10_50rpm噴霧干燥;篩分出過300目的硅/碳前驅(qū)物，以5/min速率升溫至400-1000 °C，保溫4_12h熱解，再以5 °C/min速率降溫至300°C，隨爐冷卻至室溫，得到硅/碳復合物；
(3)將氧化石墨烯分散在硫酸溶液中，向所述溶液中加入上述硅/碳復合物固態(tài)物質(zhì)，并持續(xù)攪拌，充分混合后干燥后，將制得的混合物研磨后置于流動的保護氣體中加熱進行高溫熱還原和碳化反應，加熱溫度為250-950 °C，反應時間為0.2-20小時，最后在流動的保護氣體中降至室溫即可獲得石墨烯復合材料。
[0006]優(yōu)選的，所述的茶葉渣為紅茶、黑茶、烏龍茶和普洱茶葉渣中的一種;所述的氧化石墨稀采用改進的Hmimers法制得，所述的茶葉渣的添加量為氧化石墨稀質(zhì)量的1-5倍
所述的加熱是在管式爐中通入流動保護氣體加熱，或者直接在箱式電阻爐或馬弗爐中加熱。
[0007]所述娃粉為平均粒徑1.5μηι的微米級娃粉。
[0008]所述溶劑為去離子水或無水乙醇。
[0009]本發(fā)明的茶葉渣在高溫下碳化可以轉(zhuǎn)化為氮摻雜的硬碳，將硬碳與石墨烯進行復合，在一定程度上降低了石墨烯的比表面。復合材料是將微米級硅粉原料納米化，在形成的納米娃粉顆粒表面包覆一層無定形碳。因此該本發(fā)明制備的復合材料有效改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性，特別是大電流充放電的循環(huán)性能。首次充放電效率為67%，以400mA/g放電，循環(huán)360周，容量保持率為70%，以600mA/g放電，循環(huán)402周，容量保持率為81%。該發(fā)明方法工藝簡單，易控制，適合規(guī)模化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0010]實施例一
將茶葉渣進行干燥，粉碎和過篩得固態(tài)物質(zhì)，將質(zhì)量比為1:0.2的硅粉與上述固態(tài)物質(zhì)，加入溶劑球磨2h，篩分出100目的漿料;所述硅粉為平均粒徑1.5μπι的微米級硅粉。所述溶劑為去離子水。
[0011]將漿料在進風溫度200 °C，出風溫度90 °C，轉(zhuǎn)速1rpm噴霧干燥;篩分出過300目的硅/碳前驅(qū)物，以5/min速率升溫至400°C，保溫4h熱解，再以5°C/min速率降溫至300°C，隨爐冷卻至室溫，得到硅/碳復合物；
氧化石墨烯分散在硫酸溶液中，向所述溶液中加入上述硅/碳復合物固態(tài)物質(zhì)，并持續(xù)攪拌，充分混合后干燥后，將制得的混合物研磨后置于流動的保護氣體中加熱進行高溫熱還原和碳化反應，所述的高溫熱還原是在管式爐中通入流動保護氣體加熱，或者直接在箱式電阻爐或馬弗爐中加熱。加熱溫度為250 0C，反應時間為0.2小時，最后在流動的保護氣體中降至室溫即可獲得石墨烯復合材料。
[0012]所述的茶葉渣為紅茶、黑茶、烏龍茶和普洱茶葉渣中的一種;所述的氧化石墨烯采用改進的Hmimers法制得，所述的茶葉渣的添加量為氧化石墨稀質(zhì)量的I倍
實施例二
將茶葉渣進行干燥，粉碎和過篩得固態(tài)物質(zhì)，將質(zhì)量比為1: 0.5的硅粉與上述固態(tài)物質(zhì)，加入溶劑球磨1h，篩分出100目的漿料;所述硅粉為平均粒徑1.5μπι的微米級硅粉。所述溶劑為去離子水或無水乙醇。
[0013]將漿料在進風溫度350°C，出風溫度180°C，轉(zhuǎn)速50rpm噴霧干燥;篩分出過300目的硅/碳前驅(qū)物，以5/min速率升溫至1000°C，保溫12h熱解，再以5°C/min速率降溫至300°C，隨爐冷卻至室溫，得到硅/碳復合物。
[0014]氧化石墨烯分散在硫酸溶液中，向所述溶液中加入上述硅/碳復合物固態(tài)物質(zhì)，并持續(xù)攪拌，充分混合后干燥后，將制得的混合物研磨后置于流動的保護氣體中加熱進行高溫熱還原和碳化反應，所述的高溫熱還原是在管式爐中通入流動保護氣體加熱，或者直接在箱式電阻爐或馬弗爐中加熱。加熱溫度為950 °C，反應時間為20小時，最后在流動的保護氣體中降至室溫即可獲得石墨烯復合材料。
[0015]所述的茶葉渣為紅茶、黑茶、烏龍茶和普洱茶葉渣中的一種;所述的氧化石墨烯采用改進的Hmimers法制得，所述的茶葉渣的添加量為氧化石墨稀質(zhì)量的5倍
本發(fā)明是通過實施例來描述的，但并不對本發(fā)明構(gòu)成限制，參照本發(fā)明的描述，所公開的實施例的其他變化，如對于本領(lǐng)域的專業(yè)人士是容易想到的，這樣的變化應該屬于本發(fā)明權(quán)利要求限定的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種多孔電極的制備方法，該方法包括如下步驟: (I)將茶葉渣進行干燥，粉碎和過篩得固態(tài)物質(zhì)，將質(zhì)量比為1:0.2-0.5的硅粉與上述固態(tài)物質(zhì)，加入溶劑球磨2-10h，篩分出100目的漿料； (2 )將漿料在進風溫度200-350 0C，出風溫度90-180 °C，轉(zhuǎn)速10_50rpm噴霧干燥;篩分出過300目的硅/碳前驅(qū)物，以5/min速率升溫至400-1000 °C，保溫4_12h熱解，再以5 °C/min速率降溫至300°C，隨爐冷卻至室溫，得到硅/碳復合物； (3)對石墨進行表面處理 將石墨置于含有氧氣的氣氛中，對石墨進行高溫氧化處理;通過控制氧氣濃度、反應溫度、反應時間得到經(jīng)過表面處理的石墨;所述經(jīng)過表面處理的石墨的表面形貌選自梯田狀、鋸齒狀、坑洞狀中的一種，其中高溫氧化處理過程如下:升溫至550°C-75(TC后，控制氣氛中氧氣的體積分數(shù)的取值范圍為10%_85%，保持一段時間后，停止加熱并應用惰性氣體置換含有氧氣的氣氛，直至所述石墨的溫度降低至室溫； (4)將上述石墨分散在硫酸溶液中，向所述溶液中加入上述硅/碳復合物固態(tài)物質(zhì)，并持續(xù)攪拌，充分混合后干燥后，將制得的混合物研磨后置于流動的保護氣體中加熱進行高溫熱還原和碳化反應，加熱溫度為250-950 0C，反應時間為0.2-20小時，在流動的保護氣體中降至室溫得到粉體，壓制所述粉體，使之成型為所述多孔電極。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的茶葉渣為紅茶、黑茶、烏龍茶和普洱茶葉渣中的一種。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟(4)中的加熱是在管式爐中通入流動保護氣體加熱，或者直接在箱式電阻爐或馬弗爐中加熱。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅粉為平均粒徑1.5μπι的微米級硅粉。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶劑為去離子水或無水乙醇。
【文檔編號】C01B31/04GK105858644SQ201610208937
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月6日
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】蘇州思創(chuàng)源博電子科技有限公司