CN103466602A - 一种石墨烯粉末的制备方法及其在锂离子电池中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高导电性、高分散性的石墨烯粉末的制备方法及其在锂离子电池中的应用，属于纳米石墨导电材料领域。本发明在含邻苯二酚官能团的化合物存在下，通过使用与该化合物不同的还原剂，对氧化石墨烯进行还原。本发明方法设备要求低、条件温和、简单高效、无毒害，适合大规模生产。本发明制备的石墨烯粉末作为导电剂制备锂离子电池电极，可实现良好分散、降低内阻，使获得高性能锂离子电池成为可能。

Description

一种石墨烯粉末的制备方法及其在锂离子电池中的应用
技术领域
本发明属于纳米石墨导电材料领域，具体涉及一种低温快速制备高分散性和高导电性的石墨烯的方法及其在锂离子电池中的应用。
背景技术
石墨烯作为一种新型的碳纳米材料，自从2004年发现以来，一直备受关注。石墨烯具有优良的电学、热学、光学和机械性能，有望在电池材料、储能材料、电子器件、复合材料等领域得到广泛的应用。而石墨烯的低成本化、高效制备和分散是其广泛应用的关键技术所在。在众多石墨烯制备方法中(包括机械剥离法，化学气相沉积法，晶体外延生长法和氧化还原法等)，氧化还原法(即对石墨进行氧化制备氧化石墨/氧化石墨烯，然后进行还原制备石墨烯的方法)是最有可能大批量制备石墨烯的方法之一，对石墨烯的工业化具有重大意义。
目前，氧化还原法中使用的原料氧化石墨/氧化石墨烯的制备技术相对比较成熟，而现有还原技术主要是采用高温热还原和肼类还原剂还原氧化石墨烯制备石墨烯。美国专利US 7658901采用了1050℃的高温将氧化石墨烯进行热还原，制备了石墨烯。然而该制备方法的条件为高温，设备要求高。Ruoff等以水合肼为还原剂在水中100℃反应24小时，将氧化石墨烯还原从而制备了石墨烯(Ruoff，et al.Carbon，2007，45，1558)。然而肼类还原剂为极毒性试剂，不利于应用，而且反应时间较长。因此，寻找新型简单、温和、高效、无毒害的还原方法已经很迫切。
另外，通过高温热还原或肼类还原剂还原氧化石墨烯得到的石墨烯粉末易团聚、在溶剂中分散性差，这也是石墨烯应用的一个亟待解决的问题。Li等人通过在肼类还原剂还原氧化石墨烯过程中添加氨水，使得石墨烯带有电荷(Li，et al.Nature Nanotechnology，2008，3，101)，从而获得了在水中稳定分散的石墨烯。然而，由于是通过电荷实现稳定分散，因此只能局限于水分散体系，而且该石墨烯的水分散液干燥后和只使用肼类还原剂制备的石墨烯粉末一样，依然不能分散。专利申请号为201010286477.2的中国专利采用了酚基胺类还原剂将氧化石墨烯进行还原制得石墨烯稳定分散液，但并未制得可分散的石墨烯粉末；Liu等利用多巴胺(Liu，et al.J.Phys.Chem.C 2012，116，3334-3341)、Kaminska等利用多巴胺叠氮化物(Kaminska，et al.Appl.Mater.Interface，2012，4，1016)为还原剂将氧化石墨烯进行还原和修饰，制备出石墨烯稳定分散液和石墨烯薄膜，但也未制得可分散的石墨烯粉末；而且由于多巴胺类化合物还原能力有限，对氧化石墨烯的还原不足，得到的石墨烯导电性较差，不利于应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，提供一种简单、快速、温和、高效的石墨烯制备方法，制备出具有高导电性和高分散性的石墨烯粉末。
本发明的另外一个目的是通过使用本发明方法制备的石墨烯粉末，制备高性能锂离子电池电极。
众所周知，海洋生物“贻贝”具有超强的黏附能力，能黏附各种基材，包括最难黏结的聚四氟乙烯(PTFE)。研究表明，贻贝的超强黏附能力主要通过其分泌的一种含有邻苯二酚官能团的黏附蛋白实现的。本发明通过含邻苯二酚官能团的化合物来模拟海洋贻贝的超强黏附能力，黏附在氧化石墨烯表面；再利用连二亚硫酸钠等高效还原剂的超强还原性，在温和条件下对氧化石墨烯进行快速、高效还原，既能保证了还原充分、又能防止团聚，从而制备出高电导性、高分散性的石墨烯粉末，其粉末导电率高于1×103Ωcm(密度为1g/cm3时)，分散在溶剂如N-甲基吡咯烷酮(NMP)中能保持稳定。
采用本发明制备的石墨烯粉末、电极活性材料、及粘合剂可以制备锂离子电池电极。由于本发明制备的石墨烯粉末具有高导电性和高分散性，石墨烯能够在电极中实现良好分散，改善电极的导电性、降低内阻，使获得高容量和大功率的高性能锂离子电池成为可能。
本发明的目的可以通过以下措施达到：
一种制备石墨烯粉末的方法，在含邻苯二酚官能团的化合物存在下，通过使用与该化合物不同的还原剂，对氧化石墨烯进行还原。
具体包括如下步骤：第一步，制备氧化石墨烯分散液；第二步，在含邻苯二酚官能团的化合物存在下，通过与该化合物不同的高效还原剂对氧化石墨烯进行还原反应，制备石墨烯粉末。
其中，第一步的氧化石墨烯分散液制备方法：将氧化石墨膏体用溶剂稀释或将氧化石墨粉末在溶剂中分散，经超声波处理后得到氧化石墨烯分散液。
上述溶剂优选为水，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.1～100mg/ml，优选为1～100mg/ml。
上述使用的原材料氧化石墨可以通过已知方法制备，也可以通过购买商业化的氧化石墨得到。本发明中制备氧化石墨的原材料石墨可以是人造石墨或天然石墨，原材料石墨的目数优选为20000～300目；制备方法优选改进的Hummers法，如下文记载。
将硝酸钠、浓硫酸加入到石墨中(例如：天然石墨粉末)，在冰浴、搅拌的状态下缓慢加入高锰酸钾，反应1～1.5小时；之后在35℃水浴中继续搅拌2～2.5小时；再加入去离子水，在90±10℃反应10～20分钟。然后加入去离子水稀释，再加少量过氧化氢至无气泡产生，得到的产物经离心分离、水洗，再离心分离，如此重复数次直至中性为止，得到氧化石墨膏体，干燥后得到氧化石墨粉末。
其中，第二步的在含邻苯二酚官能团的化合物存在下，通过与该化合物不同的高效还原剂对氧化石墨烯进行还原反应，制备石墨烯粉末的方法：在氧化石墨烯的分散液中加入含邻苯二酚官能团的化合物和与该化合物不同的还原剂，机械搅拌下进行还原反应。所得产物经过滤，水洗，及冷冻干燥后得到石墨烯粉末。
上述含邻苯二酚官能团的化合物优选为儿茶酚、盐酸多巴胺、多巴、4-(2-氨基-1-羟基乙基-1，2-苯二酚)、3，4-二羟基苯甲酸、3，4-二羟基苯乙酸、3，4-二羟基肉桂酸、4-甲基邻苯二酚、或对叔丁基邻苯二酚中的一种或几种。进一步优选为儿茶酚、盐酸多巴胺、或多巴中的一种或几种。最优选盐酸多巴胺。
还原剂对氧化石墨烯进行还原，优选为低温、快速还原。还原反应温度优选为不高于100℃，考虑到成本，进一步优选为不高于60℃。还原反应时间优选为不大于24小时，考虑到效率，进一步优选不大于2小时，更优选为不大于30分钟。还原剂考虑到高效还原能力，优选为连二亚硫酸盐，进一步优选为连二亚硫酸钠、或连二亚硫酸钾中的一种或两种。还原剂与氧化石墨烯的质量比优选为0.1～10∶1，进一步优选为0.5～5∶1；考虑到氧化石墨烯表面羧基、羟基等含氧基团充分去除，更优选为1～3∶1。
一种使用本发明制备的石墨烯粉末作为导电剂的锂离子电池电极。锂离子电池的电极由导电剂、正极或负极活性材料、及粘合剂组成。将导电剂、正极或负极活性材料、及粘合剂，在适当量的溶剂中混合，涂覆在电流集电体上、干燥制得。
上述导电剂可以仅由本发明方法制备的石墨烯粉末组成或还有其它添加剂。其它添加剂选自于(但不局限于)碳黑(如乙炔碳黑、炉法碳黑、或ketjen碳黑)、石墨(天然石墨、或人造石墨)、导电纤维(碳纤维、或金属纤维)、或金属粉末(铜、镍、钼、或银粉等)中的一种或几种。
上述正极材料选自于(但不局限于)锂金属氧化物(如钴酸锂LiCoO2、镍酸锂LiNiO2、或尖晶石型锰酸锂LiMn2O4)、金属氧化物(如V2O5)、金属化合物(如TiS2、MoS2、或NbSe2)、橄榄石如磷酸铁锂、或磷酸锰锂中的一种或几种。
上述负极材料选自于(但不局限于)碳材料(如天然石墨、人造石墨、或硬碳)、或含有SiO、SiC、或SiOC等基本构成要素的硅类化合物中的一种或几种。
上述粘合剂选自于含氟聚合物(如聚偏氟乙烯PVDF、或聚四氟乙烯PTFE)、或橡胶(如天然橡胶、或丁苯橡胶SBR)中的一种或几种。
本发明中的石墨烯制备方法是采用含有邻苯二酚官能团的化合物为分散剂，利用连二亚硫酸钠等高效还原剂的超强还原性，在温和条件下对氧化石墨烯进行快速、高效还原制备的。该法既保证了还原充分、实现高电导性；还能防止团聚、实现稳定分散。另外，该法设备要求低、条件温和、简单高效、无毒害，适合大规模生产。本发明制备的石墨烯粉末具有高导电性和高分散性，作为导电剂制作锂离子电池电极，可实现良好分散、降低内阻，以获得高性能锂离子电池。本发明制备的石墨烯粉末还可应用于储能材料、导电/导热复合材料等领域。
附图说明
图1为本发明实施例1所得的石墨烯、合成例1中所得的氧化石墨和原料天然石墨的X射线衍射(XRD)对比谱图。从图可知，相对于天然石墨和氧化石墨尖锐的衍射峰，石墨烯的衍射峰几乎消失，说明剥离较为充分。
具体实施方式
本发明中所涉及的具体化学药品：
天然石墨粉：上海一帆石墨有限公司；
浓硫酸、硝酸钠、高锰酸钾、过氧化氢、盐酸多巴胺、多巴、儿茶酚、连二亚硫酸钠、连二亚硫酸钾、水合肼、N-甲基吡咯烷酮等购自于中国国药集团试剂公司或阿拉丁试剂公司。
测试例1
将粉末制成直径约20mm、密度为1g/cm3的圆片状样品，使用三菱化学株式会社的MCP-HT450高阻测试仪和MCP-T610低阻测试仪对样品的导电率进行测试。
测试例2
分散性能按下述方法测试。将1份的下述的实施例中所制得的石墨烯粉末和99份N-甲基吡咯烷酮加入样品瓶中，在超声波清洗器中处理30分钟后，观察沉降状态。
测试例3
放电容量按下述方法测试。将1份的下述的实施例中所制得的石墨烯粉末，90份的磷酸铁锂(电极活性物质)，4份的炭黑(导电助剂)，5份的聚偏二氟乙烯(粘结剂)和100份的N-甲基吡咯烷酮(溶剂)加入容器中，再放入行星式混合器中混合，得到电极浆料。使用刮刀(300μm)在铝膜(厚度18μm)上进行涂膜，再在200℃的条件下干燥，得到电极膜片。
将上述制得的电极膜片切成直径为15.9mm的圆片作为正极，采用直径为16.1mm、厚为0.2mm的锂箔作为负极，直径为17mm的聚丙烯微孔膜(Celgard#2400)作为隔膜，含有1M的LiPH6的碳酸乙烯酯∶碳酸乙二酯＝7∶3的溶液作为电解液，制作2042型纽扣电池，进行电化学的测试。在倍率为1C、上限电压为4.0V、下限电压为2.5V的条件下进行3次充放电测试，将第3回放电时的容量定为放电容量。
合成例1
氧化石墨的制备方法：使用1500目的天然石墨粉(上海一帆石墨有限公司)作为原料。在冰浴中，使用15g天然石墨粉，加入330ml的98％浓硫酸，5.25g硝酸钠和31.5g高锰酸钾，保持混合液温度低于20℃，机械搅拌1.5小时。将上述混合液从冰浴中取出，在35℃的水浴中搅拌2.5小时进行反应。之后加入690ml去离子水得到悬浊液，在90℃进一步反应15分钟。最后加入1020ml去离子水和50ml过氧化氢，反应5分钟，得到的产物经离心分离、水洗，再离心分离，如此重复数次直至中性为止，得到氧化石墨膏体，冷冻干燥可制备出氧化石墨粉末。所得氧化石墨的氧原子和碳原子的比例为0.45。
实施例1
(1)氧化石墨烯分散液的制备方法：将合成例1中制得的氧化石墨膏体，稀释成5mg/ml的浓度，再经超声波处理后，得到均匀分散的黄土色氧化石墨烯分散液。
(2)石墨烯粉末的制备方法：在200ml的氧化石墨烯的分散液中加入0.5克的盐酸多巴胺和3克的连二亚硫酸钠(还原剂)，机械搅拌下进行还原反应。还原反应时间为30分钟，还原反应温度为40℃。经过滤，水洗，冷冻干燥后得到石墨烯粉末。
(3)石墨烯的物性以及性能
还原前和还原后粉末的导电率是使用测试例1的方法进行测试得到的。还原前的氧化石墨烯的导电率为8.70×10-4S/m。还原后的石墨烯粉末的导电率为2.33×103S/m。
石墨烯粉末的分散性能使用测试例2的方法进行测试的。经过30天后依然稳定地分散，未观察到沉降。
含有石墨烯粉末的锂离子电池用的电极根据测试例3的方法制作并进行放电容量的测试，结果为152mAh/g。
结果在表1中总结。
实施例2
(1)与实施例1同样的方法得到氧化石墨烯分散液。
(2)石墨烯粉末的制备方法：在200ml的氧化石墨烯的分散液中加入0.5克的儿茶酚和3克的连二亚硫酸钠(还原剂)，机械搅拌下进行还原反应。还原反应时间为30分钟，还原反应温度40℃。经过滤，水洗，冷冻干燥后得到石墨烯粉末。
(3)石墨烯的物性以及性能
还原前和还原后粉末的导电率是使用测试例1的方法进行测试得到的。还原前的氧化石墨烯的导电率为8.70×10-4S/m。还原后的石墨烯粉末的导电率为1.52×103S/m。
石墨烯粉末的分散性能使用测试例2的方法进行测试的。经过30天后依然稳定地分散，未观察到沉降。
含有石墨烯粉末的锂离子电池用的电极根据测试例3的方法制作并进行放电容量的测试，结果为150mAh/g。
结果在表1中总结。
实施例3
(1)与实施例1同样的方法得到氧化石墨烯分散液。
(2)石墨烯粉末的制备方法：在200ml的氧化石墨烯的分散液中加入0.5克的多巴和3克的连二亚硫酸钠(还原剂)，机械搅拌下进行还原反应。还原反应时间为30分钟，还原反应温度为40℃。经过滤，水洗，冷冻干燥后得到石墨烯粉末。
(3)石墨烯的物性以及性能
还原前和还原后粉末的导电率是使用测试例1的方法进行测试得到的。还原前的氧化石墨烯的导电率为8.7×10-4S/m。还原后的石墨烯粉末的导电率为4.35×103S/m。
石墨烯粉末的分散性能使用测试例2的方法进行测试的。经过30天后依然稳定地分散，未观察到沉降。
含有石墨烯粉末的锂离子电池用的电极根据测试例3的方法制作并进行放电容量的测试，结果为147mAh/g。
结果在表1中总结。
实施例4
(1)与实施例1同样的方法得到氧化石墨烯分散液。
(2)石墨烯粉末的制备方法：在200ml的氧化石墨烯的分散液中加入0.5克的盐酸多巴胺和3克的连二亚硫酸钾(还原剂)，机械搅拌下进行还原反应。还原反应时间为30分钟，还原反应温度为室温的23℃。经过滤，水洗，冷冻干燥后得到石墨烯粉末。
(3)石墨烯的物性以及性能
还原前和还原后粉末的导电率是使用测试例1的方法进行测试得到的。还原前的氧化石墨烯的导电率为8.70×10-4S/m。还原后的石墨烯粉末的导电率为2.21×103S/m。
石墨烯粉末的分散性能使用测试例2的方法进行测试的。经过30天后依然稳定地分散，未观察到沉降。
含有石墨烯粉末的锂离子电池用的电极根据测试例3的方法制作并进行放电容量的测试，结果为151mAh/g。
结果在表1中总结。
实施例5
(1)与实施例1同样的方法得到氧化石墨烯分散液。
(2)石墨烯粉末的制备方法：在200ml的氧化石墨烯的分散液中加入0.5克的儿茶酚和3克的连二亚硫酸钾(还原剂)，机械搅拌下进行还原反应。还原反应时间为30分钟，还原反应温度为室温的23℃。经过滤，水洗，冷冻干燥后得到石墨烯粉末。
(3)石墨烯的物性以及性能
还原前和还原后粉末的导电率是使用测试例1的方法进行测试得到的。还原前的氧化石墨烯的导电率为8.70×10-4S/m。还原后的石墨烯粉末的导电率为1.49×103S/m。
石墨烯粉末的分散性能使用测试例2的方法进行测试的。经过30天后依然稳定地分散，未观察到沉降。
含有石墨烯粉末的锂离子电池用的电极根据测试例3的方法制作并进行放电容量的测试，结果为148mAh/g。
结果在表1中总结。
实施例6
(1)与实施例1同样的方法得到氧化石墨烯分散液。
(2)石墨烯粉末的制备方法：在200ml的氧化石墨烯的分散液中加入0.5克的多巴和3克的连二亚硫酸钾(还原剂)，机械搅拌下进行还原反应。还原反应时间为30分钟，还原反应温度为室温的23℃。经过滤，水洗，冷冻干燥后得到石墨烯粉末。
(3)石墨烯的物性以及性能
还原前和还原后粉末的导电率是使用测试例1的方法进行测试得到的。还原前的氧化石墨烯的导电率为8.70×10-4S/m。还原后的石墨烯粉末的导电率为4.13×103S/m。
石墨烯粉末的分散性能使用测试例2的方法进行测试的。经过30天后依然稳定地分散，未观察到沉降。
含有石墨烯粉末的锂离子电池用的电极根据测试例3的方法制作并进行放电容量的测试，结果为145mAh/g。
结果在表1中总结。
实施例7
(1)与实施例1同样的方法得到氧化石墨烯分散液。
(2)石墨烯粉末的制备方法：在200ml的氧化石墨烯的分散液中加入0.5克的盐酸多巴胺和3克的连二亚硫酸钠(还原剂)，机械搅拌下进行还原反应。还原反应时间为30分钟，还原反应温度100℃。经过滤，水洗，冷冻干燥后得到石墨烯粉末。
(3)石墨烯的物性以及性能
还原前和还原后粉末的导电率是使用测试例1的方法进行测试得到的。还原前的氧化石墨烯的导电率为8.70×10-4S/m。还原后的石墨烯粉末的导电率为1.01×104S/m。
石墨烯粉末的分散性能使用测试例2的方法进行测试的。经过30天后依然稳定地分散，未观察到沉降。
含有石墨烯粉末的锂离子电池用的电极根据测试例3的方法制作并进行放电容量的测试，结果为142mAh/g。
结果在表1中总结。
实施例8
(1)与实施例1同样的方法得到氧化石墨烯分散液。
(2)石墨烯粉末的制备方法：在200ml的氧化石墨烯的分散液中加入0.5克的儿茶酚和3克的连二亚硫酸钠(还原剂)，机械搅拌下进行还原反应。还原反应时间为30分钟，还原反应温度100℃。经过滤，水洗，冷冻干燥后得到石墨烯粉末。
(3)石墨烯的物性以及性能
还原前和还原后粉末的导电率是使用测试例1的方法进行测试得到的。还原前的氧化石墨烯的导电率为8.70×10-4S/m。还原后的石墨烯粉末的导电率为6.61×103S/m。
石墨烯粉末的分散性能使用测试例2的方法进行测试的。经过30天后依然稳定地分散，未观察到沉降。
含有石墨烯粉末的锂离子电池用的电极根据测试例3的方法制作并进行放电容量的测试，结果为145mAh/g。
结果在表1中总结。
实施例9
(1)与实施例1同样的方法得到氧化石墨烯分散液。
(2)石墨烯粉末的制备方法：在200ml的氧化石墨烯的分散液中加入0.5克的盐酸多巴胺和3克的水合肼(还原剂)，机械搅拌下进行还原反应。还原反应时间为24小时，还原反应温度100℃。经过滤，水洗，冷冻干燥后得到石墨烯粉末。
(3)石墨烯的物性以及性能
还原前和还原后粉末的导电率是使用测试例1的方法进行测试得到的。还原前的氧化石墨烯的导电率为8.70×10-4S/m。还原后的石墨烯粉末的导电率为7.69×103S/m。
石墨烯粉末的分散性能使用测试例2的方法进行测试的。经过30天后依然稳定地分散，未观察到沉降。
含有石墨烯粉末的锂离子电池用的电极根据测试例3的方法制作并进行放电容量的测试，结果为140mAh/g。
结果在表1中总结。
对比例1
(1)与实施例1同样的方法得到氧化石墨烯分散液。
(2)石墨烯粉末的制备方法：在200ml的氧化石墨烯的分散液中加入3克的盐酸多巴胺，机械搅拌下进行还原反应。还原反应时间为30分钟，还原反应温度40℃。经过滤，水洗，冷冻干燥后得到粉末。
(3)石墨烯的物性以及性能
还原前和还原后粉末的导电率是使用测试例1的方法进行测试得到的。还原前的氧化石墨烯的导电率为8.70×10-4S/m。还原后得到的粉末的导电率相对还原前提高不大，为绝缘体。该粉末的分散性能测试和相关的锂离子电池电极测试无意义。
对比例2
(1)与实施例1同样的方法得到氧化石墨烯分散液。
(2)石墨烯粉末的制备方法：在200ml的氧化石墨烯的分散液中加入3克的盐酸多巴胺，机械搅拌下进行还原反应。还原反应时间为24小时，还原反应温度100℃。经过滤，水洗，冷冻干燥后得到石墨烯粉末。
(3)石墨烯的物性以及性能
还原前和还原后的粉末的导电率是使用测试例1的方法进行测试得到的。还原前的氧化石墨烯的导电率为8.70×10-4S/m。还原后的石墨烯粉末的导电率为6.81×102S/m。
石墨烯粉末的分散性能使用测试例2的方法进行测试的。经过30天后依然稳定地分散，未观察到沉降。
含有石墨烯粉末的锂离子电池用的电极根据测试例3的方法制作并进行放电容量的测试，结果为129mAh/g。
结果在表1中总结。
对比例3
(1)与实施例1同样的方法得到氧化石墨烯分散液。
(2)石墨烯粉末的制备方法：在200ml的氧化石墨烯的分散液中加入3克的儿茶酚，机械搅拌下进行还原反应。还原反应时间为30分钟，还原反应温度40℃。经过滤，水洗，冷冻干燥后得到粉末。
(3)石墨烯的物性以及性能
还原前和还原后粉末的导电率是使用测试例1的方法进行测试得到的。还原前的氧化石墨烯的导电率为8.70×10-4S/m。还原后得到的粉末的导电率相对还原前提高不大，为绝缘体。该粉末的分散性能测试和相关的锂离子电池电极测试无意义。
对比例4
(1)与实施例1同样的方法得到氧化石墨烯分散液。
(2)石墨烯粉末的制备方法：在200ml的氧化石墨烯的分散液中加入3克的儿茶酚，机械搅拌下进行还原反应。还原反应时间为24小时，还原反应温度100℃。经过滤，水洗，冷冻干燥后得到石墨烯粉末。
(3)石墨烯的物性以及性能
还原前和还原后粉末的导电率是使用测试例1的方法进行测试得到的。还原前的氧化石墨烯的导电率为8.70×10-4S/m。还原后的石墨烯粉末的导电率为5.83×102S/m。
石墨烯粉末的分散性能使用测试例2的方法进行测试的。经过30天后依然稳定地分散，未观察到沉降。
含有石墨烯粉末的锂离子电池用的电极根据测试例3的方法制作并进行放电容量的测试，结果为121mAh/g。
结果在表1中总结。
对比例5
(1)与实施例1同样的方法得到氧化石墨烯分散液。
(2)石墨烯粉末的制备方法：在200ml的氧化石墨烯的分散液中加入3克的连二亚硫酸钠，机械搅拌下进行还原反应。还原反应时间为30分钟，还原反应温度40℃。经过滤，水洗，冷冻干燥后得到石墨烯粉末。
(3)石墨烯的物性以及性能
还原前和还原后粉末的导电率是使用测试例1的方法进行测试得到的。还原前的氧化石墨烯的导电率为8.70×10-4S/m。还原后的石墨烯粉末的导电率为6.90×103S/m。
石墨烯粉末的分散性能使用测试例2的方法进行测试的。经过1天后观察到沉降。
含有石墨烯粉末的锂离子电池用的电极根据测试例3的方法制作并进行放电容量的测试，结果为113mAh/g。
结果在表1中总结。
对比例6
(1)与实施例1同样的方法得到氧化石墨烯分散液。
(2)石墨烯粉末的制备方法：在200ml的氧化石墨烯的分散液中加入3克的水合肼，机械搅拌下进行还原反应。还原反应时间为30分钟，还原反应温度40℃。经过滤，水洗，冷冻干燥后得到石墨烯粉末。
(3)石墨烯的物性以及性能
还原前和还原后粉末的导电率是使用测试例1的方法进行测试得到的。还原前的氧化石墨烯的导电率为8.70×10-4S/m。还原后的石墨烯粉末的导电率为5.99×103S/m。
石墨烯粉末的分散性能使用测试例2的方法进行测试的。经过6小时后观察到沉降。
含有石墨烯粉末的锂离子电池用的电极根据测试例3的方法制作并进行放电容量的测试，结果为91mAh/g。
结果在表1中总结。
对比例7
(1)将合成例1中得到的氧化石墨粉末在氩气氛中加热至1000℃进行还原，得到石墨烯粉末。
(2)石墨烯的物性以及性能
还原前后的石墨烯粉末的导电率是使用测试例1的方法进行测试得到的。还原前的氧化石墨烯的导电率为8.70×10-4S/m。还原后的石墨烯粉末的导电率为1.59×103S/m。
石墨烯粉末的分散性能使用测试例2的方法进行测试的。经过6小时后观察到沉降。
含有石墨烯粉末的锂离子电池用的电极根据测试例3的方法制作并进行放电容量的测试，结果为85mAh/g。
结果在表中总结。
对比例8
根据测试例1的方法，石墨烯纳米片(型号M-5，XG science公司)的导电率为1.43×104S/m。
石墨烯粉末的分散性能根据测试例2的方法测试，经过2小时后观察到沉降。
含有石墨烯粉末的锂离子电池用的电极根据测试例3的方法制作并进行放电容量的测试，结果为78mAh/g。
结果在表中总结。
表1为本发明实施例和对比例所得的石墨烯的导电性能、分散性能、电池性能。数据表明本发明方法可制备出高导电性和高分散性的石墨烯粉末，可作为导电剂制备锂离子电池电极以获得高性能锂离子电池。
Figure BSA00000734295300161

Claims (7)

1.一种制备石墨烯粉末的方法，其特征在于：在含邻苯二酚官能团的化合物存在下，通过使用与该化合物不同的还原剂，对氧化石墨烯进行还原。
2.根据权利要求1所述的石墨烯粉末制备方法，其特征在于：所述含邻苯二酚官能团的化合物选自于儿茶酚、盐酸多巴胺、多巴、4-(2-氨基-1-羟基乙基-1，2-苯二酚)、3，4-二羟基苯甲酸、3，4-二羟基苯乙酸、3，4-二羟基肉桂酸、4-甲基邻苯二酚、或对叔丁基邻苯二酚中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的石墨烯粉末制备方法，其特征在于：所述含邻苯二酚官能团的化合物选自于儿茶酚、盐酸多巴胺、或多巴中的一种或几种。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的石墨烯粉末制备方法，其特征在于：所述还原剂为连二亚硫酸盐。
5.根据权利要求4所述的石墨烯粉末制备方法，其特征在于：所述连二亚硫酸盐为连二亚硫酸钠、或连二亚硫酸钾中的一种或两种。
6.一种锂离子电池电极，其特征在于：通过含有权利要求1、2、3、或5中任一项所述的石墨烯粉末制备方法制备的石墨烯粉末、电极活性材料、及粘合剂制备。
7.一种锂离子电池电极，其特征在于：通过含有权利要求4所述的石墨烯粉末制备方法制备的石墨烯粉末、电极活性材料、及粘合剂制备。
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