CN109065878B - 一种改性石墨烯复合石墨负极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源电池材料技术领域，具体公开了一种改性石墨烯复合石墨负极材料的制备方法，步骤如下：将硅烷偶联剂与石墨烯材料混合在溶剂中得到混合物A；搅拌过滤得到混合物B；将混合物B分离得到改性石墨烯材料；将改性石墨烯材料和石墨负极材料配成混合溶液；将混合溶液离心分离后，取固体烘干得到改性石墨烯复合石墨负极材料。利用本发明提供的制备方法，将石墨烯材料经过处理后，改变了石墨烯材料的比表面积和表面能，从而更有利于石墨烯的分散，且不易发生团聚，在和石墨进行混合固化后，硅烷偶联剂能够使改性石墨烯材料和石墨材料发生交联，形成碳‑碳网络结构，使负极材料具有更好的导电性和机械强度，延长了电池的使用寿命。

Description

一种改性石墨烯复合石墨负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及新能源电池材料技术领域，具体是一种改性石墨烯复合石墨负极材料的制备方法。
背景技术
石墨烯稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射，由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。
石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。
由于石墨烯的单层直径一般1小于纳米之间，具有极大的比表面积和表面能，因此，石墨烯很容易发生团聚，影响了它的均匀分散性和稳定性，致使与所改性的复合材料之间的相容性较差，使石墨烯均匀分散在复合材料中，对其表面改性十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性石墨烯复合石墨负极材料的制备方法，对石墨烯进行表面修饰，改变表面能和表面张力，从而减少团聚达到更好的分散效果，再将改性石墨烯和石墨混合后制得改性石墨烯复合石墨负极材料，使其作为电池负极材料进行使用，具有更好的导电效果和机械强度。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种改性石墨烯复合石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将硅烷偶联剂与石墨烯材料按质量比0.01～0.2:1的比例混合在溶剂N-甲基吡咯烷酮中得到混合物A；
S2、混合物A在温度为20～90℃下，搅拌1～2h后过滤得到混合物B；
S3、将混合物B离心分离得到改性石墨烯材料；
S4、将改性石墨烯材料和石墨负极材料按照质量比1：4～30的比例进行混合，加入溶剂,配成固含量5％-25％的混合溶液；
S5、将固含量5％-25％的混合溶液离心分离后，取固体烘干得到改性石墨烯复合石墨负极材料。
进一步地，S1中所述石墨烯的粒径范围为0.1nm-50nm，所述硅烷偶联剂的通式为R-Si(OR1)3或R R2-Si(OR1)2。
具体地，所述R为氢原子、甲基、乙基、丙基、丁基、苯基、环己基、乙烯基、丙烯基、氨丙基、氨乙基氨丙基、巯基丙基或苯胺甲基；R1为甲基或乙基，R2为氢原子、甲基或乙基。
进一步地，S1和S4中所述混合的方式为机械搅拌、超声分散或球磨分散中的一种或几种。
进一步地，S4中所述的溶剂为水、C1-5的脂肪醇或醚中的一种或多种，所述C1-5的脂肪醇为乙醇、甲醇、丙醇、丁醇或戊醇。
具体地，S5中所述烘干温度为50～300℃，烘干时间为1～5h，在氮气氛围中进行烘干。
本发明的有益效果是：利用本发明提供的制备方法，将石墨烯材料进行改性，改变了石墨烯材料的比表面积和表面能，从而更有利于石墨烯的分散，且不易发生团聚，再将改性石墨烯和石墨进行混合固化，改性石墨烯内的硅烷偶联剂能够使改性石墨烯材料和石墨材料发生交联，形成碳-碳网络结构，使负极材料具有更好的导电性和机械强度，延长了电池的使用寿命。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的实施例中，具体公开了一种改性石墨烯复合石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将硅烷偶联剂与石墨烯材料按质量比0.01～0.2:1的比例混合在溶剂N-甲基吡咯烷酮中得到混合物A；
S2、混合物A在温度为20～90℃下，搅拌1～2h后过滤得到混合物B；
S3、将混合物B离心分离得到改性石墨烯材料；
S4、将改性石墨烯材料和石墨负极材料按照质量比1：4～30的比例进行混合，加入溶剂,配成固含量5％-25％的的混合溶液；
S5、将固含量5％-25％的混合溶液离心分离后，取固体在温度为50～300℃、氮气中烘干1～5h得到改性石墨烯复合石墨负极材料。
实施例1：
将2g硅烷偶联剂HSi(OC6H5)3与10g石墨烯材料混合在30gN-甲基吡咯烷酮中得到混合物A；混合物A在20℃搅拌1h后过滤，得到混合物B；将混合物B离心分离得到改性石墨烯材料；将改性石墨烯材料和石墨负极材料按照1：4的比例配成固含量25％的乙醇混合溶液；将混合溶液离心分离后，取固体50℃烘干5h后得到改性石墨烯复合石墨负极材料，作为电池负极材料使用。
实施例2：
将0.1g硅烷偶联剂CH3Si(OCH)3与10g石墨烯材料混合在50gN-甲基吡咯烷酮中得到混合物A；混合物A在90℃搅拌1h后过滤，得到混合物B；将混合物B离心分离得到改性石墨烯材料；将改性石墨烯材料和石墨负极材料按照1：30的比例配成固含量5％的丙醇混合溶液，将混合溶液离心分离后，取固体300℃烘干1h后得到改性石墨烯复合石墨负极材料，作为电池负极材料使用。
实施例3：
将1g硅烷偶联剂(CH3)2Si(OCH)3与10g石墨烯材料混合在20gN-甲基吡咯烷酮中得到混合物A；混合物A在50℃搅拌2h后过滤，得到混合物B；将混合物B离心分离得到改性石墨烯材料；将改性石墨烯材料和石墨负极材料按照1：10的比例加水后配成固含量10％的混合溶液，将混合溶液离心分离后，取固体10℃烘干3h后得到改性石墨烯复合石墨负极材料，作为电池负极材料使用。
性能测试
将负极材料和导电碳黑在研钵中研磨使其混合均匀，加入到PVDF的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中，搅拌均匀，制得浆料，其中，负极材料：导电碳黑：PVDF的质量比为90:5:5，将其涂覆在铜箔上，经烘干、滚压制成极片。用金属锂片作对电极，Celgard2400为隔膜，1mol/LLiPF6/EC(碳酸乙烯酯)+DMC(碳酸二甲脂)+EMC(碳酸甲乙脂)(体积比1∶1∶1)为电解液，在通氩气的手套箱中组装成模拟电池，静置12h后进行电化学性能测试。
Figure GDA0003218826020000041
本发明的有益效果是：利用本发明提供的制备方法，将石墨烯材料进行改性，改变了石墨烯材料的比表面积和表面能，从而更有利于石墨烯的分散，且不易发生团聚，再将改性石墨烯和石墨进行混合固化，改性石墨烯内的硅烷偶联剂能够使改性石墨烯材料和石墨材料发生交联，形成碳-碳网络结构，使负极材料具有更好的导电性和机械强度，延长了电池的使用寿命。
以上所揭露的仅为本发明的一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种改性石墨烯复合石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将硅烷偶联剂与石墨烯材料按质量比0.01～0.2:1的比例混合在溶剂N-甲基吡咯烷酮中得到混合物A；
S2、混合物A在温度为20～90℃下，搅拌1～2h后过滤得到混合物B；
S3、将混合物B离心分离得到改性石墨烯材料；
S4、将改性石墨烯材料和石墨负极材料按照质量比1：4～30的比例进行混合，加入水、C1-5的脂肪醇或醚中的一种或多种溶剂,配成固含量5％-25％的混合溶液；
S5、将固含量5％-25％的混合溶液离心分离后，取固体烘干得到改性石墨烯复合石墨负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯复合石墨负极材料的制备方法，其特征在于，S1中所述石墨烯的粒径范围为0.1nm-50nm，所述硅烷偶联剂的通式为R-Si(OR1)3或R R2-Si(OR1)2。
3.根据权利要求2所述的一种改性石墨烯复合石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述R为氢原子、甲基、乙基、丙基、丁基、苯基、环己基、乙烯基、丙烯基、氨丙基、氨乙基氨丙基、巯基丙基或苯胺甲基；R1为甲基或乙基，R2为氢原子、甲基或乙基。
4.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯复合石墨负极材料的制备方法，其特征在于，S1和S4中所述混合的方式为机械搅拌、超声分散或球磨分散中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯复合石墨负极材料的制备方法，其特征在于，S5中所述烘干温度为50～300℃，烘干时间为1～5h，在氮气氛围中进行烘干。
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