[发明专利]一种高比表面积还原氧化石墨烯/碳管复合粉体、其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高比表面积还原氧化石墨烯/碳管复合粉体、其制备方法和应用，该制备方法包括：S1、以碳酸氢钠附着的碳纳米管，在氧化石墨烯分散液中进行层间插入，得到复合粉末；S2、将所述复合粉末通过热处理进行还原及剥离，得到高比面积的还原氧化石墨烯/碳管复合粉体。本申请在热处理还原阶段，碳酸氢钠在低温段氧化石墨烯层间即可分解释放气体，羟基主要在中温段进行脱出放气，羧基在高温段脱氧放气；结合瞬时高温热处理，插层氧化石墨烯粉体可以瞬间剧烈膨胀，瞬时还原剥离，从而获得高度剥离的石墨烯复合粉体。本发明得到的该粉体为高比表面积的石墨烯碳管复合粉体，具备优异的导电性，可应用于锂电池材料等领域中。

技术领域

本发明涉及石墨烯原料制备技术领域，特别是涉及一种高比表面积还原氧化石墨烯/碳管复合粉体、其制备方法和应用，具体可用于锂离子电池中。

背景技术

还原氧化石墨烯作为一种以氧化石墨烯(GO)为原料，进行还原处理而得到的石墨烯粉体，具备很高的导电性等特点，可用于锂离子电池等材料中。由于石墨烯的特殊性质，在还原阶段后石墨烯的导电性表现主要与两个因素相关，分别为碳含量以及剥离度。其中剥离度越高则比表面积越大，导电性越好。

现阶段，以氧化石墨烯大规模制备还原氧化石墨烯粉体，主要采用热还原工艺来处理，通过高温脱氧手段来去除羧基等含氧官能团，在气体剧烈释放的瞬间产生膨化效果，从而对石墨烯进行片层剥离。然而，氧化石墨烯存在自组装效应，以及性质受其含氧官能团的排布情况影响，如羧基集中在片层边缘、羟基在片层中间，羧基碳氧双键在600度断裂、释放能量高，由于排布只能涨开层间边缘缝：而羟基为碳氧单键，在200度脱出、释放能量较小，脱氧释放气体对片层的剥离程度有所局限。目前，所制得的还原氧化石墨烯粉体比表面积主要集中在200～400m²/g左右，距离石墨烯理论比表面积2600m²/g还具有较大差距，导致一定程度影响其应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高比表面积还原氧化石墨烯/碳管复合粉体、其制备方法和应用，本发明方法可制得高度剥离的石墨烯复合粉体，具有较高的比表面积，导电性优异，可用于锂电池材料领域。

本发明提供一种高比表面积还原氧化石墨烯/碳管复合粉体的制备方法，包括以下步骤：

S1、以碳酸氢钠附着的碳纳米管，在氧化石墨烯分散液中进行层间插入，得到复合粉末；

S2、将所述复合粉末通过热处理进行还原及剥离，得到高比面积的还原氧化石墨烯/碳管复合粉体。

优选地，S1步骤中所述碳酸氢钠附着的碳纳米管按照以下操作获得：

将碳酸氢钠和碳纳米管在分散剂存在条件下，于水相中混合并分散，得到碳酸氢钠和碳纳米管混合液；所述分散剂优选为聚乙烯吡咯烷酮。

优选地，S1步骤中，将碳酸氢钠溶于水使质量浓度为2％～5％，添加分散剂和2.5％～20％固含量的碳纳米管浆料，搅拌砂磨，得到碳酸氢钠和碳纳米管混合液。

优选地，S1步骤中，所述碳酸氢钠和碳纳米管混合液与氧化石墨烯分散液的质量比例为1∶8～10。

优选地，S1步骤中，所述碳酸氢钠和碳纳米管混合液与氧化石墨烯分散液混合搅拌后，经砂磨分散得到混合浆料，干燥制膜得到碳管插层氧化石墨烯干膜，最后粉碎得到复合粉末。

优选地，S2步骤中，将所述复合粉末在保护气氛下采用膨化设备进行热处理，得到高比面积的还原氧化石墨烯/碳管复合粉体。

优选地，S2步骤中，所述保护气氛为氮气；所述热处理的温度为800～900℃。

优选地，所述热处理后还包括：将获得的粉体用稀盐酸进行洗涤，再进行喷雾干燥，得到高比面积的还原氧化石墨烯/碳管复合粉体。