[发明专利]一种三维孔状石墨烯的制备方法

说明书

本发明涉及电池材料领域，具体公开了一种三维孔状石墨烯的制备方法，其步骤如下：S1：向氧化石墨烯分散液中加入交联剂，在120‑180℃的温度下水热反应8‑10h，得混合液；S2：在10‑25℃的温度条件下，向混合液中加入十二烷基二甲基氧化胺，充分搅拌至均匀，然后加入碳酸氢铵和硝酸铵，缓慢搅拌0.5‑1h，然后冷冻干燥1‑2天，取出；S3：将取出的干燥物迅速推入200‑300℃的还原性气氛下预烧12‑24h，然后再升温至500‑700℃煅烧3‑5h，冷却，即得三维孔状石墨烯。本发明得到的三维石墨烯孔与孔充分贯通，比表面积大，且搭接形成的三维结构稳定，电导率高，可以有效地应用于电池材料中，提升电池能量密度和使用安全性。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，具体涉及一种三维孔状石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯作为一种新型碳纳米材料，由单层sp2碳原子紧密堆积成二维蜂窝状结构，具有电导率高、机械性能好等多种优点，目前其在锂电池材料领域已得到了广泛应用。但是，由于少数层石墨烯活性高，片层表面能大，使得剥离的石墨烯片层极易回叠和团聚，造成其比表面积和导电性能大幅降低，进而影响的电池能量密度和储锂性能。

经研究发现，将二维蜂窝状结构的石墨烯进行三维改性，这样石墨烯可以更好地内嵌到材料中，使得石墨烯的比表面积得到充分利用，如此可以提高材料的导电性，降低电池内阻，提升电池的能量密度。比如,名称为”三维石墨烯或其复合体系的制备方法”(申请号为201310175590.7)的中国专利公开了如下制备方案：将过渡金属单质和/或含过渡金属元素的化合物进行高温还原，制备出三维多孔金属催化剂模板，然后利用化学气相沉积法生长三维石墨烯，获得带有催化剂骨架的三维石墨烯。但是该方法依赖于导向模板的使用，模板难于去除，成本昂贵，难于实现工业化规模生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种比表面积大、电导率好、且结构稳定的三维孔状石墨烯的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种三维孔状石墨烯的制备方法，其步骤如下：

S1：向氧化石墨烯分散液中加入交联剂，在120-180℃的温度下水热反应8-10h，得混合液；

S2：在10-25℃的温度条件下，向混合液中加入十二烷基二甲基氧化胺，充分搅拌至均匀，然后加入碳酸氢铵和硝酸铵，缓慢搅拌0.5-1h，然后冷冻干燥1-2天，取出；

S3：将取出的干燥物迅速推入200-300℃的还原性气氛下预烧12-24h，然后再升温至500-700℃煅烧3-5h，冷却，即得三维孔状石墨烯；

所述分散液中的氧化石墨烯与交联剂、十二烷基二甲基氧化胺、碳酸氢铵、硝酸铵的质量比为40-70:5-10:1-5:1-5:1-5。

采用上述技术方案产生的有益效果在于：本发明先采用交联剂和十二烷基二甲基氧化胺处理分散的氧化石墨烯片，以促进氧化石墨烯连接成三维网络结构，然后向其中缓慢加入碳酸氢铵和硝酸铵，再进行冷冻干燥处理，这样能够削减石墨烯片层间的相互作用力，稳定结构，之后再通过特定的阶梯温度进行煅烧，使得还原得到的三维石墨烯的孔与孔充分贯通，比表面积大，可高达2300m²/g，且形成的三维孔状结构稳定，电导率约89s/cm，导电性能好，可以有效地应用于电池材料中，提升电池能量密度和使用安全性。具体的，采用本发明制备的三维石墨烯复合得到的钛酸锂复合负极材料在0.2C倍率充电比容量高达174.25mAh/g，3C倍率循环50次后的容量保持率高达99.21％。

作为进一步的优选方案：所述的交联剂为丙烯酰胺、聚氨酯、乙二胺、丙二胺中的一种；步骤S1所述分散液中的氧化石墨烯与交联剂、十二烷基二甲基氧化胺、碳酸氢铵、硝酸铵的质量比为50:5-6:4-5:2-3:2-3。