本發(fā)明屬于電化學(xué)儲能，具體涉及到一種高效制備硬碳復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著無人機(jī)在不同場景(如測量、勘探、架橋、自然災(zāi)害等)的廣泛應(yīng)用，更多需要長續(xù)航、高載荷能力無人機(jī)的場景便越來越多，因此對電化學(xué)儲能器件儲能能力的要求也越來越高。

2、由于硬碳特殊的碳骨架結(jié)構(gòu)，因此通過硬碳發(fā)展高電化學(xué)儲能能力的鋰離子電池技術(shù)被認(rèn)為是一種替代石墨基鋰離子電池技術(shù)的重要途經(jīng)。然而，由于硬碳存在含氧基團(tuán)等強(qiáng)親鋰結(jié)構(gòu)缺陷，會導(dǎo)致不可逆鋰的沉積，進(jìn)而導(dǎo)致首效甚至枝晶的生成，因此大大降低儲能能力，不利于開發(fā)出適用于長續(xù)航、高載荷無人機(jī)的鋰離子電池。

3、通過高溫去除含氧基團(tuán)和修復(fù)結(jié)構(gòu)缺陷以及通過氮摻雜去除含氧基團(tuán)的同時(shí)引入活性位點(diǎn)是目前常用且最有效的方法。然而，目前的方法主要通過氣氛爐如管式爐高溫、惰性氣體以及氨氣的作用下實(shí)現(xiàn)含氧基團(tuán)的去除、氮摻雜以及結(jié)構(gòu)缺陷修復(fù)。雖然效果佳，但能耗、效率均較低，且需要惰性氣體保護(hù)，致使成本極高。因此，開發(fā)更加高效、低能耗的脫氧、摻氮及缺陷修復(fù)的方法成為了亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

2、鑒于上述和/或現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出了本發(fā)明。

3、因此，本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高效制備硬碳復(fù)合材料的制備方法。

4、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：一種高效制備硬碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：包括，

5、制備氧化石墨：以鱗片石墨為前驅(qū)體，通過化學(xué)剝離法，制得氧化石墨；

6、制備氧化石墨烯/蔗糖復(fù)合物：將氧化石墨和水?dāng)嚢杈鶆?，制得氧化石墨烯分散液，加入蔗糖，攪拌，干燥，即得氧化石墨?蔗糖復(fù)合物；

7、氧化石墨烯/蔗糖復(fù)合物的碳化：向氧化石墨烯/蔗糖復(fù)合物中滴加濃硫酸，得到黑色疏松多孔碳材料，沖洗后干燥備用；

8、制備還原氧化石墨烯；

9、將多孔碳材料、尿素和還原氧化石墨烯研磨混合均勻，微波輻射，即得硬碳復(fù)合材料。

10、作為本發(fā)明所述制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述化學(xué)剝離法包括hummers法、standenmaier法、brodie法。

11、作為本發(fā)明所述制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述將氧化石墨和水?dāng)嚢杈鶆颍渲?，氧化石墨烯與水的物料比為10mg:1ml～30mg:1ml。

12、作為本發(fā)明所述制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述加入蔗糖，其中，氧化石墨烯與蔗糖的質(zhì)量比為1：5～1：10。

13、作為本發(fā)明所述制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述向氧化石墨烯/蔗糖復(fù)合物中滴加濃硫酸，其中，氧化石墨烯/蔗糖復(fù)合物與濃硫酸的物料比為2g:3ml～2g:5ml；所述濃硫酸的濃度為95％～98％。

14、作為本發(fā)明所述制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述多孔碳材料與尿素的物料比為2:1～1:2。

15、作為本發(fā)明所述制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述多孔碳材料和還原氧化石墨烯的物料比為：20:1～10:1。

16、作為本發(fā)明所述制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述微波輻射，其中，微波的功率為600～800w，微波輻射時(shí)間為80～110s。

17、本發(fā)明的再一個(gè)目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高效制備硬碳復(fù)合材料中的應(yīng)用。

18、本發(fā)明有益效果：

19、(1)本發(fā)明首次提出利用還原氧化石墨烯吸收微波快速釋放熱量驅(qū)動尿素分解，實(shí)現(xiàn)在空氣條件下實(shí)現(xiàn)硬碳制備過程中的快速高溫?zé)崽幚?。通過利用還原氧化石墨烯為微波吸收發(fā)熱材料，并使還原氧化石墨烯與硬碳前驅(qū)體均勻混合，一方面可以實(shí)現(xiàn)對硬碳前驅(qū)體的均勻快速升溫，使熱處理后得到的硬碳均勻性高，一方面可以與硬碳進(jìn)行復(fù)合，提升硬碳的導(dǎo)電性。

20、(2)本發(fā)明通過利用氧化石墨烯與蔗糖復(fù)合制備還原氧化石墨烯摻雜硬碳，一方面可以利用氧化石墨烯調(diào)控硬碳的結(jié)構(gòu)，一方面可以利用氧化石墨烯還原后吸收微波釋放熱量，進(jìn)而充分確保硬碳的均勻熱處理。利用尿素分解成二氧化碳和氨氣，一方面可以利用生成的二氧化碳和氨氣保護(hù)硬碳和石墨烯被空氣氧化，一方面可以可以實(shí)現(xiàn)摻氮，提升硬碳的電化學(xué)活性，獲得高儲能能力的硬碳復(fù)合材料。

21、(3)本發(fā)明提供的方法整個(gè)操作簡單、時(shí)間短、效率高、能耗低、設(shè)備常規(guī)，可規(guī)模化生產(chǎn)。其中，氧化石墨的制備、氧化石墨烯/蔗糖復(fù)合物的制備、氧化石墨烯/蔗糖復(fù)合物的碳化、還原氧化石墨烯的制備、硬碳復(fù)合材料的制備等過程所用的原料、試劑、設(shè)備均通過商購獲得，來源廣泛且成本低廉。

22、(4)本發(fā)明制備了一種硬碳復(fù)合材料，解決了現(xiàn)有硬碳制備方法高溫處理能耗高、效率低、需惰性氣體保護(hù)的問題，獲得了高的比容量和高的首次庫倫效率，制備的產(chǎn)品導(dǎo)電性好、活性高，所獲得材料主要有以下特點(diǎn)：①比容量高，145～195mah/g；③首次庫倫效率>80％。

技術(shù)特征：

1.一種高效制備硬碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：包括，

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述化學(xué)剝離法包括hummers法、standenmaier法、brodie法。

3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述將氧化石墨和水?dāng)嚢杈鶆?，其中，氧化石墨烯與水的物料比為10mg:1ml～30mg:1ml。

4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述加入蔗糖，其中，氧化石墨烯與蔗糖的質(zhì)量比為1：5～1：10。

5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述向氧化石墨烯/蔗糖復(fù)合物中滴加濃硫酸，其中，氧化石墨烯/蔗糖復(fù)合物與濃硫酸的物料比為2g:3ml～2g:5ml；所述濃硫酸的濃度為95％～98％。

6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述多孔碳材料與尿素的物料比為2:1～1:2。

7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述多孔碳材料和還原氧化石墨烯的物料比為：20:1～10:1。

8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述微波輻射，其中，微波的功率為600～800w，微波輻射時(shí)間為80～110s。

9.如權(quán)利要求1～8任一所述的制備方法制得的高效制備硬碳復(fù)合材料的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種硬碳復(fù)合材料的高效制備方法，解決了現(xiàn)有硬碳制備方法高溫處理能耗高、效率低、需惰性氣體保護(hù)的問題，獲得了高的比容量和高的首次庫倫效率，制備的產(chǎn)品導(dǎo)電性好、活性高，所獲得材料主要有以下特點(diǎn)：①比容量高，145～195mAh/g；③首次庫倫效率>80％。

技術(shù)研發(fā)人員：陳紹南,況成忠,李沂峰,吳曉銳,俞小勇,肖靜,莫宇鴻,奉斌,劉泉,陳千懿,紀(jì)碩磊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19