[发明专利]一种球形纳米石墨烯材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种球形纳米石墨烯材料，包括氧化石墨烯30‑50份、双酚A型二缩水甘油醚10‑20份、聚乙烯吡咯烷酮15‑25份、改性剂5‑10份、催化剂1‑5份、催化助剂2‑5份、金属氧化物8‑15份、有机溶剂80‑100份。本发明通过苯酚或聚乙烯醇对石墨烯进行改性，使石墨烯与改性剂形成稳定的链结构；本发明制备的球星纳米石墨烯材料直径在1nm‑10nm之间，将其制备成锂离子电池的负极材料，经过检测，其首次放电比容量可达1350mAh/g以上，库伦效率为98.5％以上，且在1C100次循环容量保持率依旧能达到90％以上。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料技术领域，具体的说涉及一种球形纳米石墨烯材料及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法(CVD)。

纳米石墨烯微结构的多环芳烃是一类重要的OLED器件候选材料，具有发光强度和颜色较好等许多优异的物理和化学性能，也因此被广泛应用于有机半导体材料、发光材料太阳能电池、光电二极管等方面。锂离子电池具有高电压，高能量，质量轻，体积小，内阻小，自放电率低，循环寿命长等优点，目前将石墨烯材料应用于锂电池是石墨烯领域主要研究方向；

然而将石墨球粉末制备成电极片时，石墨球被紧密堆积起来，但由于球间尺寸和形状的差异，堆积后相互接触面积较小，留有大小为2μm-10μm的间隙，这些间隙直接降低了整个电极片的导电性。

因此，提供一种电传导效果好、具有快速充放电功能的球形纳米石墨烯材料是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电传导效果好、具有快速充放电功能的球形纳米石墨烯材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种球形纳米石墨烯材料，包括以下重量份原料：氧化石墨烯30-50份、双酚A型二缩水甘油醚10-20份、聚乙烯吡咯烷酮15-25份、改性剂5-10份、催化剂1-5份、催化助剂2-5份、金属氧化物8-15份、有机溶剂80-100份。

进一步，上述改性剂为苯酚或聚乙烯醇。

采用上述进一步方案的有益效果在于：本发明上述采用的改性剂具有可扩展性，结构可以随着摩擦接触的增加而进行变化；将石墨烯与改性剂链接后，石墨烯片层与片层之间能够直接靠改性剂的分子进行链接，进而提高石墨烯与改性剂的连接键的稳定性。

进一步，上述催化剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷；

催化助剂为金属盐，所述金属盐为铜盐、锌盐或铝盐。

采用上述进一步方案的有益效果在于：本发明采用的上述催化剂以及催化助剂能够通过复合效果，改变改性氧化石墨烯与双酚A型二缩水甘油醚以及聚乙烯吡咯烷酮的反应结构，使聚乙烯吡咯烷酮中的氮充分与改性氧化石墨烯结合，在锂离子电池中能够促进其导电性，增强充放电性能。

进一步，上述金属氧化物为氧化镁、氧化锌或氧化铝。

采用上述进一步方案的有益效果在于：在制备球形石墨烯的过程中加入金属氧化物与石墨烯进行结合，金属氧化物可吸附于石墨烯的孔结构中，在进行充放电以及使用时能够产生导电效果，进而提高制备负极材料的电化学性能。

进一步，上述有机溶剂为无水乙醇、异丙醇或四氢呋喃。