[发明专利]氧化石墨烯包覆碳微球制备石墨烯包覆碳微球材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，尤其是涉及氧化石墨烯包覆碳微球制备石墨烯包覆碳微球材料的方法。

背景技术

在能源和政策的驱动下，以及全球主要汽车生产商向电动汽车发展的趋势，可以预期电池将会有一个巨大的市场。在目前可工业化生产的电池中，锂离子电池由于单体电压高、比能量大、循环性能好、自放电小、可快速充放电和工作温度范围宽的优点成为各国科研人员争夺的热点领域；其中高容量锂离子电池在电动车上的应用前景更是受到科研人员的极大关注，而高容量锂离子电池很大程度上受制于电极材料性能。

三维结构的电极材料由于可以增大锂离子的扩散速率和电子的传导速率，改善电极材料与电解质溶液的浸润性，为提高材料的电化学性能提供了一种可行的方案，因此，各国科研人员不约而同的将目光对准了当前各种新老电极材料的三维结构的构建上。其中碳微球由于球形结构而具有高振实密度、高表面积、结构稳定以及各向同性等特点，在锂离子电池领域具有良好的应用前景，其中最有代表性的产品为石墨化中间相碳微球(MCMB)；而关于碳微球三维结构化的趋势也已形成，其中代表性的文献为Stein等在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》(先进功能材料)(2005，15，4，547-556)上发表的题为“Synthesis and rate performance of monolithic macroporous carbon electrodes for lithium-ion secondary batteries”(锂离子二次电池用整块大空隙率碳电极的合成与其倍率性能)的文章，其中报道了利用模板法制备的硬碳大空隙率三维碳电极材料的方法。作为锂离子电池负极材料中最新的热点材料就是石墨烯类材料。

石墨烯，一种单层碳原子组成的理想二维蜂窝状晶体，自2004年Novoselov等在《Science》(科学)(2004，306，666-669)上发表了题为“Electric field effect in atomically thin carbon films”(原子级碳薄膜的电场效应)的文章，首次制备出石墨烯材料以来，石墨烯因其独特的形貌和结构所带来的优异的电学、热学和力学等性能，在纳米电子器件、复合材料、太阳能电池、超级电容以及锂离子电池等领域具有广泛应用前景，从而成为近年来材料领域的一个研究热点。由于石墨烯材料本身易团聚，充放电过程中锂离子无法快速有效的从其垂直面进出，极大的限制了石墨烯材料的快速充放电性能，因此构建三维网络结构石墨烯类材料成为各国科学家的选择；其中Chen等人在《ACSNANO》(2011，5，5，3831-3838)上发表题为“Assembly of graphene sheets into hierarchical structures for high-performance energy storage”(高性能储能用分级结构石墨烯片的组装)的文章，其中报道了将二甲基双十八烷基铵修饰的氧化石墨烯溶于有机溶剂中，铺成膜后，利用干燥过程中存在的水分形成类蜂窝装的结构，并随后干燥还原得到这种分层三维结构石墨烯材料。此外Yoo等在《NANO LETTERS》(2008，8，8，2277-2282)上发表题为“Large reversible Li storage of graphene nanosheet families for use in rechargeable lithium ion batteries”(大可逆储锂的石墨烯片类材料在可逆锂离子电池中的应用)的文章，报道了利用碳纳米管和富勒烯两种材料来增加石墨烯片材料的层间距，实现了石墨烯材料在锂离子电池应用中的较高可逆容量。

以上报道的构建三维结构锂离子电极材料的方法中，存在一些无法回避的问题，一是碳球类三维结构的构建过程规模化生产存在困难，二是石墨烯构建的分级结构方法中都存在较高成本的问题，如二甲基双十八烷基铵的应用，碳纳米管和富勒烯材料的添加，都会增加较高的成本投入。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种新颖简捷，可批量生产的氧化石墨烯包覆碳微球制备石墨烯包覆碳微球三维材料的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

氧化石墨烯包覆碳微球制备石墨烯包覆碳微球材料的方法，包括以下步骤：

(1)配置氧化石墨烯溶液，氧化石墨烯为采用氧化石墨化学剥落法制备的氧化石墨烯；

(2)以葡萄糖、蔗糖或淀粉为碳源，在酸性条件下采用水热法制备得到碳微球；