一种大尺寸石墨烯/石墨复合负极材料的制备方法

摘要

一种大尺寸石墨烯/石墨复合负极材料的制备方法，它涉及一种复合负极材料的制备方法。本发明的目的是要解决现有石墨负极材料存在能量密度与功率密度低，放电平台高与首次库伦效率低的问题。方法：一、制备大尺寸氧化石墨烯；二、制备大尺寸氧化石墨烯和石墨的混合物；三、退火，得到大尺寸石墨烯/石墨复合负极材料。本发明制备的大尺寸石墨烯/石墨复合负极材料的储锂容量为372mAh/g～401mAh/g，库伦效率为85％～90％，在5C倍率下容量达到162mAh/g比普通的商业石墨高2倍，在2000个循环后容量保留大于95％。本发明可获得一种大尺寸石墨烯/石墨复合负极材料的制备方法。

主权项

一种大尺寸石墨烯/石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于一种大尺寸石墨烯/石墨复合负极材料的制备方法是按以下步骤完成的：一、制备大尺寸氧化石墨烯：①、将粒径为300μm～500μm的鳞片石墨加入到硫酸和硝酸的混合酸中，再在搅拌速度为300r/min～500r/min的条件下搅拌反应24h～48h，再进行过滤，得到黑色粉末；再使用蒸馏水对黑色粉末进行清洗3次～5次，再在温度为60℃～80℃下干燥12h～24h，得到干燥后的黑色粉末；将干燥后的黑色粉末放入功率为500W～1000W的微波炉中60s～180s，得到蠕虫状石墨；步骤一①中所述的粒径为300μm～500μm的鳞片石墨的质量与硫酸和硝酸的混合酸的体积比为3g:(400mL～450mL)；步骤一①中所述的硫酸和硝酸的混合酸中硫酸与硝酸的体积比为3:1；②、将蠕虫状石墨和高锰酸钾加入到质量分数为98％的硫酸中，再在冰浴的条件下反应1h～2h，得到混合液A，将混合液A在温度为30℃～40℃下保温1h～3h，然后加入去离子水，再在温度为90℃～95℃下保温30min～50min，自然冷却至室温，得到混合液B；步骤一②中所述的蠕虫状石墨和高锰酸钾的质量比为1:5；步骤一②中所述的蠕虫状石墨的质量与质量分数为98％的硫酸的体积比为1g:200mL；步骤一②中所述的蠕虫状石墨的质量与去离子水的体积比为1g:(130mL～140mL)；③、向混合液B中加入质量分数为35％的H₂O₂溶液，并搅拌均匀，再在室温下反应10min～30min，得到氧化石墨烯水溶液；将氧化石墨烯水溶液在搅拌速度为6000r/min～10000r/min的条件下进行离心，取离心分离后的沉淀物质，再将沉淀物质在温度为60℃～80℃下干燥12h～48h，得到大尺寸氧化石墨烯；步骤一③中所述的混合液B与质量分数为35％的H₂O₂溶液的体积比为50:(1～2)；二、制备大尺寸氧化石墨烯和石墨的混合物：①、将步骤一③得到的大尺寸氧化石墨烯加入到去离子水中，得到浓度为0.5mg/mL～2mg/mL氧化石墨烯溶液；②、将石墨加入到去离子水中，再在超声功率为500W～1000W下超声2h～5h，再在搅拌速度为200r/min～500r/min下搅拌2h～5h，得到浓度为0.5mg/mL～2mg/mL的石墨悬浊液；③、将浓度为0.5mg/mL～2mg/mL氧化石墨烯溶液以60滴/min～120滴/min的滴加速度滴加到浓度为0.5mg/mL～2mg/mL的石墨悬浊液中，然后在超声功率为500W～1000W下超声2h～3h，再在搅拌速度为200r/min～500r/min下搅拌24h～48h，得到大尺寸氧化石墨烯和石墨的混合液；再将大尺寸氧化石墨烯和石墨的混合液在温度为60℃～80℃下干燥12h～24h，得到大尺寸氧化石墨烯和石墨的混合物；步骤二③中所述的浓度为0.5mg/mL～2mg/mL氧化石墨烯溶液与浓度为0.5mg/mL～2mg/mL的石墨悬浊液的体积比为1:(17～99)；三、退火：将大尺寸氧化石墨烯和石墨的混合物放入到高温退火炉中，再向高温退火炉中通入氩气，在温度为800℃～1000℃和氩气气氛下退火反应1h～5h，得到大尺寸石墨烯/石墨复合负极材料。