[发明专利]一种磁性导电的石墨烯电池材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种磁性导电的石墨烯电池材料及其制备方法，本发明先利用液态聚丙烯腈包覆铁粒子，低温干燥得到低温碳化前驱体包覆铁粒子，高温煅烧得到包覆纳米铁粒子的石墨烯，然后将其与镍盐、聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷‑聚环氧乙烷三嵌段共聚物、植酸钠、硫柳汞钠于乙二醇溶液中分散后转移至水热高压反应釜进行水热反应，使得包覆磁性纳米铁粒子的石墨烯表面负载纳米氧化镍，冷却后处理即得磁性导电的石墨烯电池材料。本发明所得的石墨烯电池材料，以石墨烯为基本结构，内有纳米铁粒子外有纳米氧化镍，磁饱和值高，具有优异的电学性能。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，特别地，涉及一种磁性导电的石墨烯电池材料及其制备方法。

背景技术

随着经济发展和社会进步，能源需求越来越大，煤、石油、天然气等化石能源已经不能满足人类社会发展，而且，化石能源属于不可再生能源，化石能源的日益衰竭是无法逆转的，也是未来发展不可回避的一大挑战。同时，化石能源也是环境污染的一大元凶，因此，寻找新型可再生的清洁能源已经成为当务之急。目前研究较多的是用化学电源替代传统的化石能源，其能够有效缓解能源问题及环境污染问题，其中，二次电源的发展有效推进了化学电源的发展。

锂离子电池属于二次充电电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动工作，在充放电过程中，锂离子在正极和负极之间往返嵌入和脱嵌。锂离子电池中正极材料占据较大比例，目前商业化的锂离子电池正极材料包括：磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂以及镍钴锰酸锂中加入少量锰酸锂，这些材料具有能量密度高、价格低廉和安全性好等优点，但是这些正极材料的电阻率大、电极材料利用率低，导致锂电池倍率低、循环利用次数比较低和稳定差等。近年来又开发了石墨烯用作电极材料，但是其电学性能不够理想。

特别是目前制备石墨烯复合材料时通常采用氧化石墨烯作为起始原料，这是因为石墨烯表面没有基团，在溶剂中分散性差，而氧化石墨烯表面含有大量的含氧基团，具有强亲水性，可以形成稳定的分散液。但是，氧化石墨烯是绝缘的并且热力学不稳定，加入复合材料后一般通过还原再次转变成石墨烯，在氧化石墨烯还原成石墨烯的过程中很难避免对材料造成不良影响。

发明内容

本发明目的在于提供一种磁性导电的石墨烯电池材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种磁性导电的石墨烯电池材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将粒径20～30nm的三价铁盐和热处理的液态聚丙烯腈加入溶剂中，搅拌混匀，得到液态聚丙烯腈包覆铁粒子；

(2)200～250℃干燥5～8小时，直至溶剂完全蒸发，得到低温碳化前驱体包覆铁粒子；

(3)在惰性气氛保护下，1000～1200℃条件下煅烧5～8小时，得到包覆纳米铁粒子的石墨烯；

(4)将粒径20～30nm的镍盐、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、植酸钠、硫柳汞钠与包覆纳米铁粒子的石墨烯加入体积浓度30～40％的乙二醇溶液中，超声波分散后转移至水热高压反应釜中，200～220℃反应8～10小时，使得包覆磁性纳米铁粒子的石墨烯表面负载纳米氧化镍，冷却至室温，从反应液中分离出磁性物质，洗涤，干燥，得到磁性导电的石墨烯电池材料；

其中，三价铁盐、液态聚丙烯腈、镍盐、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、植酸钠、硫柳汞钠的质量比为1：12～15：1.5～2：0.2～0.3：0.02～0.03：0.01～0.02。

优选的，步骤(1)中，所述三价铁盐选自氯化铁、硫酸铁、硝酸铁或柠檬酸铁中的任一种。

优选的，步骤(1)中，所述液态聚丙烯腈为丙烯腈与甲基丙烯酸甲酯的共聚物，单体配比为1：1。

优选的，所述液态聚丙烯腈的相对分子量为10000～15000。