[发明专利]一种改性石墨烯负极材料及其制备方法、负极极片和电池

说明书

本发明公开了一种改性石墨烯负极材料及其制备方法、负极极片和电池，涉及电池技术领域；该方法包括将由羧基化石墨烯进行酯化改性后得到的改性石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和四氢呋喃混合搅拌，得到均相溶液；加入冰醋酸将均相溶液的pH调整为弱酸性后，逐渐加入钛酸酯和无水乙醇的混合溶液，形成凝胶化体系，以利用非溶剂诱导相分离法析出多孔结构内沉积有二氧化钛的多孔石墨烯沉淀。该方法能利用非溶剂诱导相分离法析出多孔结构内沉积有二氧化钛的多孔石墨烯沉淀，既能保证材料结构和性能的稳定性，又能提高电极材料的比容量，还能提高电极材料的电化学性能和倍率性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种改性石墨烯负极材料及其制备方法、负极极片和电池。

背景技术

石墨价格低廉、来源丰富、脱嵌锂电位低(0.1Vvs.Li/Li+)、首次库伦效率高、电子电导率高，充放电过程中体积膨胀率仅为10％左右，因此在商业化的锂离子动力电池中负极材料仍以石墨为主，就容量性能而言，商业化的石墨负极比容量已接近其理论比容量(372mAh/g)，技术成熟，但是石墨作为新能源汽车中锂离子电池主流负极材料，比容量有限，无法满足快速充电的需求，目前采用掺杂和包覆等方式可以在一定程度上增加比容量，但仍然是研发的难点之一。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高石墨负极比容量，提高电极材料电化学活性和倍率性能的改性石墨烯负极材料及其制备方法、负极极片和电池。

本发明的方案如下：

第一方面，本发明提供一种改性石墨烯负极材料的制备方法，包括：

将由羧基化石墨烯进行酯化改性后得到的改性石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和四氢呋喃混合搅拌，得到均相溶液；

加入冰醋酸将均相溶液的pH调整为弱酸性后，逐渐加入钛酸酯和无水乙醇的混合溶液，形成凝胶化体系，以利用非溶剂诱导相分离法析出多孔结构内沉积有二氧化钛的多孔石墨烯沉淀。

在可选的实施方式中，改性石墨烯通过以下方法制备得到：

将羧基化石墨烯和过量二元醇混合均匀后进行酯化反应；

加入钛酸酯依次进行缩聚、酯化脱水反应和降温后得到改性石墨烯；

优选地，在将羧基化石墨烯和过量二元醇混合均匀后进行酯化反应的过程中，反应环境为惰性气体氛围，反应温度为150-170℃，反应时间为1-2h；

优选地，加入钛酸酯依次进行缩聚、酯化脱水和降温反应得到改性石墨烯的过程包括加入质量分数为1％-2％的钛酸酯，先升温加热180-200℃反应1-2小时后缩聚0.5-1h，然后经酯化脱水反应并降温至50-60℃后得到改性石墨烯。

在可选的实施方式中，二元醇为双酚A型二元醇；

和/或，

羧基化石墨烯与二元醇的用量比为1:(1.1-1.2)。

在可选的实施方式中，羧基化石墨烯为通过石墨烯纳米片与不饱和羧酸类物质进行混合球磨，在石墨烯表面接枝羧基基团后得到；

优选地，不饱和羧酸类物质包括丁烯二酸和戊烯二酸中的至少一者。

在可选的实施方式中，钛酸酯包括钛酸正丁酯、钛酸异丙酯和钛酸异丁酯中的至少一者。

在可选的实施方式中，聚乙烯吡咯烷酮、四氢呋喃和冰醋酸均为无水物质。

在可选的实施方式中，还包括：

将多孔石墨烯沉淀进行洗涤和真空干燥。