專(zhuān)利名稱(chēng)：鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是涉及一種鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著各種新能源的發(fā)展，各種電子設(shè)備，如便攜式電子設(shè)備及電動(dòng)汽車(chē)等，對(duì)大容量高功率化學(xué)電源的需求愈發(fā)廣泛。目前商品化的鋰離子電池大多采用無(wú)機(jī)正極/石墨體系，其中這些正極材料主要是磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰以及混合的體系。雖然這類(lèi)體系的電化學(xué)性能優(yōu)異，但是其存在容量較低(如磷酸鐵鋰的理論170mAh/g)，制備工藝復(fù)雜，成本高等諸多的缺點(diǎn)。另外，也開(kāi)發(fā)了一些有機(jī)的鋰鹽作為正極材料，但是由于材料電導(dǎo)率，熱穩(wěn)定性，機(jī)械性能的原因，循環(huán)壽命一般較低，不適宜用來(lái)作為電極材料。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種 比容量較大的鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料及其制備方法。一種鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料，其是由鋰鹽與石墨烯的氨基醌衍生物構(gòu)成，其中，所述石墨烯的氨基醌衍生物占所述鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料的質(zhì)量百分比為5% 75%。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述石墨烯的氨基醌衍生物為石墨烯的5-氨基萘醌胺衍生物、石墨烯的5，8-二氨基萘醌胺衍生物、石墨烯的5-氨基蒽醌胺衍生物及石墨烯的5，8- 二氨基蒽醌胺衍生物中的一種。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述鋰鹽為氫氧化鋰，碳酸鋰及醋酸鋰中的一種。一種鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:步驟一、將石墨、高錳酸鉀與濃硫酸進(jìn)行氧化反應(yīng)后得到氧化石墨；步驟二、將所述氧化石墨溶解在溶劑中，然后在攪拌下加入氨基醌類(lèi)化合物的乙醇溶液，再在80°C的溫度下回流反應(yīng)24小時(shí)，得到氧化石墨烯的氨基醌衍生物；步驟三、將所述氧化石墨烯的氨基醌衍生物與足量的水合肼在80°C的溫度下回流反應(yīng)5 24小時(shí)，得到石墨烯的氨基醌衍生物；及步驟四、將所述石墨烯的氨基醌衍生物與鋰鹽經(jīng)混合，干燥處理后，得到鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料，其中，所述石墨烯的氨基醌衍生物占所述鋰鹽-石墨烯復(fù)合材料的質(zhì)量百分比為5% 75%。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟二中，所述氨基醌類(lèi)化合物為5-氨基萘醌胺、5，8_ 二氨基萘醌胺、5-氨基蒽醌胺及5，8_ 二氨基蒽醌胺的一種。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟四中，所述鋰鹽為氫氧化鋰，碳酸鋰及醋酸鋰中的一種。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟二中的回流反應(yīng)中還包括加入三氯化鐵作為催化劑的步驟。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟四中的混合、干燥處理步驟為:將所述石墨烯的氨基醌衍生物超聲分散到水中與所述鋰鹽混合，室溫?cái)嚢?4小時(shí)至充分反應(yīng)完全，靜置除去過(guò)量的沉淀，加入稀鹽酸調(diào)節(jié)成中性，然后在真空、120°C下干燥24小時(shí)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟二中，所述溶劑為DMF或水。本發(fā)明還提供上述鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料在鋰離子電池的電極材料中的應(yīng)用。在上述鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料中，通過(guò)石墨烯衍生物與鋰鹽晶化復(fù)合，使得上述復(fù)合材料中含有豐富的羥基鋰，作為電極材料時(shí)的最高容量可達(dá)到250mAh/g，與傳統(tǒng)的電極材料相比，具有高比容量的特點(diǎn)。

通過(guò)附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將變得更加清晰。圖1為一實(shí)施方式的鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料的制備方法流程圖。
具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類(lèi)似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施的限制。一實(shí)施方式的鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料，是由鋰鹽與石墨烯的氨基醌衍生物構(gòu)成，其中，石墨烯的氨基醌衍生物占鋰鹽-石墨烯復(fù)合材料的質(zhì)量百分比為5% 75%。所述鋰鹽為氫氧化鋰(LiOH)，碳酸鋰(Li2CO3)及醋酸鋰(CH3COOLi)中的一種。所述石墨烯的氨基醌衍生物為石墨烯的5-氨基萘醌胺衍生物、石墨烯的5，8- 二氨基萘醌胺衍生物、石墨烯的5-氨基蒽醌胺衍生物及石墨烯的5，8- 二氨基蒽醌胺衍生物中的一種。在上述鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料中，通過(guò)石墨烯衍生物與鋰鹽晶化復(fù)合，使得石墨烯具有微米、納米尺度。另外，上述復(fù)合材料中含有豐富的羥基鋰，作為電極材料時(shí)的氧化還原電位可以達(dá)到3V以上，最高容量可達(dá)到250mAh/g，與傳統(tǒng)的電極材料相比(鈷酸鋰?yán)碚撊萘?74mAh/g, 實(shí)際發(fā)揮出140mAh/g,猛酸鋰的理論容量148mAh/g,磷酸鐵鋰?yán)碚撊萘?70mAh/g)，上述鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料具有高容量的特點(diǎn)。請(qǐng)參閱圖1，上述鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟。步驟S101、將石墨、高錳酸鉀與濃硫酸進(jìn)行氧化反應(yīng)后得到氧化石墨。可以通過(guò)改進(jìn)的Hummers 法(Hummers W S, Offeman R E.[J].J Am Chem Soc,1958,80 =1339-1339)來(lái)制備氧化石墨。其具體步驟為:將20g 50目石墨粉、IOg過(guò)硫酸鉀和IOg五氧化二磷加入80°C的濃硫酸中，攪拌均勻，冷卻6h以上，洗滌至中性，干燥。將干燥后的樣品加入0°C、230mL的濃硫酸中，再加入60g高錳酸鉀，保持混合物的溫度在20°C以下，然后在35°C的油浴中保持2h后，緩慢加入920mL去離子水。15min后，再加入2.8L去離子水(其中含有50mL濃度為30%的雙氧水)，之后混合物顏色變?yōu)榱咙S色，趁熱抽濾，再用5L濃度為10%的鹽酸進(jìn)行洗滌、抽濾、在60°C真空干燥48h即得到氧化石墨。步驟S102、將所述氧化石墨溶解在溶劑中，然后在攪拌下加入氨基醌類(lèi)化合物的乙醇溶液，再在80°C的溫度下回流反應(yīng)24小時(shí)，得到氧化石墨烯的氨基醌衍生物。具體的，可以將30mL lg/L的氧化石墨超聲Ih溶解于DMF(N，N 二甲基甲酰胺)或水溶液中，得到懸浮液加入到三口瓶中，劇烈攪拌下加入50mL lg/L的氨基醌類(lèi)化合物的乙醇溶液，再在80°C的溫度下回流反應(yīng)24小時(shí)，得到氧化石墨烯的氨基醌衍生物。所述氨基醌類(lèi)化合物為5-氨基萘醌胺、5，8_ 二氨基萘醌胺、5-氨基蒽醌胺及5，8-二氨基蒽醌胺的一種。反應(yīng)方程式如下:
權(quán)利要求
1.一種鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料，其特征在于:所述鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料是由鋰鹽與石墨烯的氨基醌衍生物構(gòu)成，其中，所述石墨烯的氨基醌衍生物占所述鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料的質(zhì)量百分比為5% 75%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料，其特征在于:所述石墨烯的氨基醌衍生物為石墨烯的5-氨基萘醌胺衍生物、石墨烯的5，8-二氨基萘醌胺衍生物、石墨烯的5-氨基蒽醌胺衍生物及石墨烯的5，8_ 二氨基蒽醌胺衍生物中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料，其特征在于:所述鋰鹽為氫氧化鋰，碳酸鋰及醋酸鋰中的一種。
4.一種鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、將石墨、高錳酸鉀與濃硫酸進(jìn)行氧化反應(yīng)后得到氧化石墨； 步驟二、將所述氧化石墨溶解在溶劑中，然后在攪拌下加入氨基醌類(lèi)化合物的乙醇溶液，再在80°C的溫度下回流反應(yīng)24小時(shí)，得到氧化石墨烯的氨基醌衍生物； 步驟三、將所述氧化石墨烯的氨基醌衍生物與足量的水合肼在80°C的溫度下回流反應(yīng)5 24小時(shí)，得到石墨烯的氨基醌衍生物 '及 步驟四、將所述石墨烯的氨基醌衍生物與鋰鹽經(jīng)混合，干燥處理后，得到鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料，其中，所述石墨烯的氨基醌衍生物占所述鋰鹽-石墨烯復(fù)合材料的質(zhì)量百分比為5% 75%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟二中，所述氨基醌類(lèi)化合物為5-氨基萘醌胺、5，8_ 二氨基萘醌胺、5-氨基蒽醌胺及5，8-二氨基蒽醌胺的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟四中，所述鋰鹽為氫氧化鋰，碳酸鋰及醋酸鋰中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟二中的回流反應(yīng)中還包括加入三氯化鐵作為催化劑的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟四中的混合、干燥處理步驟為:將所述石墨烯的氨基醌衍生物超聲分散到水中與所述鋰鹽混合，室溫?cái)嚢?4小時(shí)至充分反應(yīng)完全，靜置除去過(guò)量的沉淀，加入稀鹽酸調(diào)節(jié)成中性，然后在真空、120°C下干燥24小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟二中，所述溶劑為DMF或水。
10.權(quán)利要求1所述的鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料在鋰離子電池的電極材料中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。該鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料，其是由鋰鹽與石墨烯的氨基醌衍生物構(gòu)成，其中，所述石墨烯的氨基醌衍生物占所述鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料的質(zhì)量百分比為5％～75％。在上述鋰鹽-石墨烯衍生物復(fù)合材料中，通過(guò)石墨烯衍生物與鋰鹽晶化復(fù)合，使得上述復(fù)合材料中含有豐富的羥基鋰，作為電極材料時(shí)的最高容量可達(dá)到250mAh/g，與傳統(tǒng)的電極材料相比，具有高比容量的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M4/36GK103137949SQ20111039061
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者周明杰, 王要兵 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司