[发明专利]石墨烯包覆石墨复合锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种石墨烯包覆石墨复合锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面纳米材料，其特殊的单原子层结构决定了它具有丰富而新奇的物理性质。过去几年中，石墨烯已经成为了备受瞩目的国际前沿和热点。在石墨烯的研究和应用中，为了充分发挥其优良性质，并改善其成型加工性(如分散性和溶解性等)，必须对石墨烯进行功能化，研究人员也在这方面开展了积极而有效的工作。但是，关于石墨烯的功能化方面的研究还处在探索阶段，对各种功能化的方法和效果还缺乏系统的认识。如何根据实际需求对石墨烯进行预期和可控的功能化是我们所面临的机遇和挑战。

石墨烯是由碳原子以sp²杂化连接的单原子层构成的，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，其理论厚度仅为0.35 nm，是目前所发现的最薄的二维材料。石墨烯是构成其它石墨材料的基本单元，可以翘曲变成零维的富勒烯，卷曲形成一维的CNTs(碳纳米管)或者堆垛成三维的石墨。这种特殊结构蕴含了丰富而奇特的物理现象，使石墨烯表现出许多优异的物理化学性质，如石墨烯的强度是已测试材料中最高的，达130GPa，是钢的100多倍；其载流子迁移率达1.5x10⁴cm²·V^-1·S^-1，是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的2倍，超过商用硅片迁移率的l0倍，在特定条件下(如低温骤冷等)，其迁移率甚至可高达2.5×10⁵cm²·V^-1·S^-1；石墨烯的热导率可达5x10³ W·m^-1·K^-1，是金刚石的3倍；另外，石墨烯还具有室温量子霍尔效应(Hall Effect)及室温铁磁性等特殊性质。石墨烯的这些优异特性引起科技界新一轮的“碳”研究热潮。

锂离子电池是新一代的绿色高能电池，具有重量轻、体积比能量高、工作电压高、无环境污染等优点，是现代通讯、IT和便携式电子产品(如移动电话、笔记本电脑、摄像机等)的理想化学电源，也是未来电动汽车优选的动力电源，具有广阔的应用前景和巨大的经济效益。

负极材料是锂离子电池的关键材料之一，而碳质材料是人们最早开始研究并应用于锂离子电池负极的材料，至今仍受到广泛关注。碳质材料主要具有以下优点:比容量高(200~400mAh/g)，电极电位低（〈1.0V vs Li+/Li)，循环效率高(>95%)，循环寿命长，成本较低。

目前研究较多的碳质负极材料有人造石墨、天然石墨、MCMB(中间相炭微球)、高比容量碳化物、石油焦、热解树脂碳、纳米碳材料等。这些碳负极材料都有各自的优缺点，如:

石墨具有良好的层状结构，具有良好的电压平台。但石墨对电解液非常敏感，与溶剂相容性差；此外，石墨的大电流充放电能力低。同时，在充放电循环过程中，石墨层间距变化较大；而且还会发生锂与有机溶剂共同插入石墨层间以及有机溶剂的进一步分解，容易造成石墨层逐步剥落、石墨颗粒发生崩裂和粉化，从而降低石墨材料寿命。表面氧化、碳包覆、表面沉积金属或金属氧化物等方法可有效的改善石墨与电解液相容性差的问题，碳基材料的球形化也能改善材料的大电流充放电性能。

但是石墨存在着与电解液的相容性差、较大的不可逆容量损失、高倍率放电性能差、以及高温下容易出现安全隐患等问题。因此，现有技术还有待于改进和发展。

而石墨作为应用最广泛的锂离子电池负极材料，对其包覆改性一直是研究者们研究的热点。为了克服其本身的局限性，新材料石墨烯与之复合成为了较好的路径，但是由于石墨烯的制备存在困难，所以一般情况下实现困难也较大。

因此，现有技术还有待于改进和发展。 

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供石墨烯包覆石墨复合锂离子电池负极材料及其制备方法，旨在解决现有技术中的难点。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯包覆石墨复合锂离子电池负极材料的制备方法，其中，包括步骤：

A、将液态丙烯腈低聚物溶液在80~300℃下搅拌8~72小时，形成微环化的液态丙烯腈低聚物溶液；

B、将微环化的液态丙烯腈低聚物溶液在200~300℃下热处理1~10小时，形成具有梯形结构的热氧化的聚丙烯腈低聚物，其相对分子量为106~100000；