一種石墨烯復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及新材料生產領域，具體涉及一種石墨烯復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]石墨烯是已知剛度最大的材料之一，楊氏模量為lTPa，使其成為用作高性能復合材料增強物的理想候選材料。鋰離子電池與常用的其他類型二次電池相比，因其具有很高的質量比能量和體積比能量具有很大的優勢，吸引了廣泛的關注。通過將硫與石墨烯復合的材料用于生產鋰正極極，用于解決鋰電池充放電中間產物的溶解問題以及提高電池的循環性能。但是在生產過程中還是存在如下缺點，石墨烯大量團聚、產率低，材料形貌不可調控，同時復合材料的導熱、導電、強度、能量密度等性能較差。
【發明內容】
[0003]本發明的目的就是提供一種石墨烯復合材料的制備方法，其可有效解決上述問題，生產過程中石墨烯分散性好、產量高，材料形貌可控，且制得的復合材料的導熱、導電、強度、能量密度性能優異。
[0004]為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案:
[0005]一種石墨烯復合材料的制備方法，包括如下操作步驟:
[0006]S1:取石墨粉、硝酸鈉和濃硫酸按照一定體積比混勻，然后加入5倍石墨粉質量的高錳酸鉀先10°c反應1.5h、后25°C反應2h制得氧化石墨烯漿料，將前述漿料水洗至中性并干燥制得氧化石墨稀，將氧化石墨稀配制成8mg/mL的氧化石墨稀水溶液；向上述氧化石墨烯水溶液中加入聚乙二醇單全氟壬烯基醚混勻后再加入水合肼90°C攪拌反應3h ;反應結束后洗滌、抽濾得到改性石墨烯；將改性石墨烯加入蒸餾水進行超聲分散，超聲功率180W、時長1.5h，配制成45g/L改性石墨烯的水分散液；
[0007]S2:將硫、硫化鋰和水加熱至60°C配制成含硫溶液，含硫溶液溶液中硫化鋰含量為35g/L、硫含量為180g/L ;將水分散液與含硫溶液按照1:1的體積比攪拌混合反應10h，而后加入過量的稀鹽酸調節溶液PH = 2.5，攪拌混合2.5h后制得硫基復合材料，將硫基復合材料和碳納米管:按照99.5:1的重量比混勻，水洗抽濾得到厚度一定的濕石墨烯復合紙，再在30MPa壓力下壓實得到石墨烯復合膜；
[0008]S3:將上述石墨烯復合膜至于高溫爐中，充氮氣于3500°C、3000°C、2500°C梯度結晶處理得到該石墨烯復合材料。
[0009]詳細的方案為:
[0010]石墨粉和硝酸鈉混合物料比為1: 1，按照每克石墨粉加入30ml的量加入濃硫酸，每升氧化石墨烯水溶液投加0.25g聚乙二醇單全氟壬烯基醚和4.5g水合肼。
[0011]上述技術方案中，步驟SI中通過加入聚乙二醇單全氟壬烯基醚使得石墨烯水分散液穩定性好、產量高，防止石墨團聚，有利于后續生產的進行，同時聚乙二醇單全氟壬烯基醚耐高溫性能優異，使得表面能降低、疏水性增強，步驟S2中生成納米硫顆粒均勻分散在還原得到的石墨烯的表面，有利于石墨烯復合材料作為鋰電池正極材料時充分發揮石墨烯的高導電性、穩定性，提高石墨烯復合材料作為鋰電池正極的能量密度性能，改善電池的功率特性；另外，通過摻入碳納米管，其可提高石墨烯復合材料的導熱、導電、強度性能。
【具體實施方式】
[0012]為了使本發明的目的及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本發明進行具體說明。應當理解，以下文字僅僅用以描述本發明的一種或幾種具體的實施方式，并不對本發明具體請求的保護范圍進行嚴格限定。
[0013]實施例1
[0014]取石墨粉、硝酸鈉和濃硫酸按照一定體積比混勻，石墨粉和硝酸鈉混合物料比為1: 1，按照每克石墨粉加入30ml的量加入濃硫酸，然后加入5倍石墨粉質量的高錳酸鉀先10°c反應1.5h、后25°C反應2h制得氧化石墨烯漿料，將前述漿料水洗至中性并干燥制得氧化石墨稀，將氧化石墨稀配制成8mg/mL的氧化石墨稀水溶液；向上述氧化石墨稀水溶液中加入聚乙二醇單全氟壬烯基醚混勻后再加入水合肼90°C攪拌反應3h ;反應結束后洗滌、抽濾得到改性石墨烯，每升氧化石墨烯水溶液投加0.25g聚乙二醇單全氟壬烯基醚和4.5g水合肼；將改性石墨烯加入蒸餾水進行超聲分散，超聲功率180W、時長1.5h，配制成45g/L改性石墨烯的水分散液；
[0015]將硫、硫化鋰和水加熱至60 °C配制成含硫溶液，含硫溶液溶液中硫化鋰含量為35g/L、硫含量為180g/L ;將水分散液與含硫溶液按照1:1的體積比攪拌混合反應10h，而后加入過量的稀鹽酸調節溶液pH = 2.5，攪拌混合2.5h后制得硫基復合材料，將硫基復合材料和I?5nm的碳納米管:按照99.5:1的重量比混勾，水洗抽濾得到厚度一定的濕石墨稀復合紙，再在30MPa壓力下壓實得到石墨烯復合膜；將上述石墨烯復合膜至于高溫爐中，充氮氣于3500 0C、3000 0C、2500 V梯度結晶處理得到該石墨烯復合材料，各階段分別Ih。
[0016]上述操作過程中無石墨烯團聚發生，石墨烯復合材料產量高5%左右，將上述石墨烯復合材料制成正極和金屬鋰負極組成二次鋰硫電池，在室溫下充放電，鋰硫二次電池用硫基復合正極材料的可逆容量可達到820mAh/g，通過四點法測量膜片電阻率和激光法測量導熱率，測得電阻率為12000S/m、導熱系數為2300W/m.K、強度為48MPa。
[0017]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在獲知本發明中記載內容后，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對其作出若干同等變換和替代，這些同等變換和替代也應視為屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種石墨烯復合材料的制備方法，包括如下操作步驟: 51:取石墨粉、硝酸鈉和濃硫酸按照一定體積比混勻，然后加入5倍石墨粉質量的高錳酸鉀先10°C反應1.5h、后25°C反應2h制得氧化石墨烯漿料，將前述漿料水洗至中性并干燥制得氧化石墨稀，將氧化石墨稀配制成8mg/mL的氧化石墨稀水溶液；向上述氧化石墨稀水溶液中加入聚乙二醇單全氟壬烯基醚混勻后再加入水合肼90°C攪拌反應3h ;反應結束后洗滌、抽濾得到改性石墨烯；將改性石墨烯加入蒸餾水進行超聲分散，超聲功率180W、時長1.5h，配制成45g/L改性石墨烯的水分散液； 52:將硫、硫化鋰和水加熱至60°C配制成含硫溶液，含硫溶液溶液中硫化鋰含量為35g/L、硫含量為180g/L ;將水分散液與含硫溶液按照1:1的體積比攪拌混合反應10h，而后加入過量的稀鹽酸調節溶液pH = 2.5，攪拌混合2.5h后制得硫基復合材料，將硫基復合材料和碳納米管:按照99.5:1的重量比混勻，水洗抽濾得到厚度一定的濕石墨烯復合紙，再在30MPa壓力下壓實得到石墨烯復合膜； 53:將上述石墨烯復合膜至于高溫爐中，充氮氣于3500°C、3000°C、2500°C梯度結晶處理得到該石墨稀復合材料。
2.根據權利要求1所述的石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，步驟SI中:石墨粉和硝酸鈉混合物料比為1:1，按照每克石墨粉加入30ml的量加入濃硫酸，每升氧化石墨烯水溶液投加0.25g聚乙二醇單全氟壬烯基醚和4.5g水合肼。
【專利摘要】本發明涉及一種石墨烯復合材料的制備方法，包括加入聚乙二醇單全氟壬烯基醚制備改性石墨烯的水分散液；用含硫溶液、碳納米管制備石墨烯復合膜以及對石墨烯復合膜進行梯度結晶處理。上述技術方案中，通過加入聚乙二醇單全氟壬烯基醚使得石墨烯水分散液穩定性好、產量高，納米硫顆粒均勻分散在還原得到的石墨烯的表面，有利于石墨烯復合材料作為鋰電池正極材料時充分發揮石墨烯的高導電性、穩定性，提高石墨烯復合材料作為鋰電池正極的能量密度性能，改善電池的功率特性；另外，通過摻入碳納米管，其可提高石墨烯復合材料的導熱、導電、強度性能。
【IPC分類】H01M4-62, B82Y30-00, H01M4-587
【公開號】CN104577125
【申請號】CN201410788729
【發明人】王月蘭
【申請人】王月蘭
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月17日