[发明专利]一种ppy/石墨烯复合材料制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种ppy修饰石墨烯表面的方法，通过多步水热法，用导电聚合物ppy对石墨烯表面进行改性处理，将其作为锂离子电池的电极材料具有良好的循环性能，其特征在于：所述石墨烯与ppy的复合材料，是在温和的水溶液中，以葡萄糖为辅助剂，ppy生长在石墨烯表面。本发明先配置石墨烯溶液，加入SBDS表面活性剂以提高碳材料在水中的分散性，随后加入葡萄糖作为辅助剂，在碱性条件下，加热水解，然后本发明在用移液管精确加入ppy，在0℃的温度下，将ppy负载到石墨烯表面，最后通过高速离心收集，并放入到真空干燥箱中，烘干。该材料可以作为锂离子电池的电极材料，并可显著提高锂离子电池的循环寿命。

技术领域

本发明涉及一种新型多步溶液法，用导电聚合物聚吡咯（ppy）对石墨烯材料的表面修饰改性，从而提高石墨烯材料作为锂离子电池的循环稳定性能。

技术背景

锂离子电池作为现代社会重要的能量存储装置，具有较高的能量密度，可以持续提供能源，但是随着科学技术的不断发展，人们需要高效率循环稳定性更好的锂离子电池，而作为影响离锂离子电池的重要因素，电极材料具有重要的作用。

石墨烯材料是一种二维材料，具有较大的比表面积、良好的导电性以及优异的机械性能，已经在众多领域得到了重要的应用。但是，单独的石墨烯材料作为锂离子电池电极材料，随着不断的循环充放电，层状的石墨烯会发生堆叠形成块状结构，恶化锂电池的容量密度，且随着循环次数的增加，其容量衰减的更加厉害。通过用导电聚合物ppy对石墨烯材料表面进行修饰，改变材料的表面性能，因为导电聚合物具有氧化还原反应，可以增加材料的存储能力，同时ppy的存在会阻碍片层的堆叠，使其在不断的锂离子嵌入和嵌出的过程中，保持结构的稳定，以提高锂离子电池的循环稳定性。

发明内容

本发明的目的是，通过简单的溶液法，引入ppy对石墨烯材料的表面进行修饰，从而对石墨烯材料的表面进行改性处理，制备出石墨烯与ppy的复合物。所得材料作为锂离子电池的电极材料，具有良好的循环稳定性能。

本发明所采用的技术方案为：使用多步水热法制备出ppy表面修饰的石墨烯材料，ppy均匀分布在石墨烯表面，其特征在于ppy呈现微小的球形结构，且作为锂离子电池的电极材料，表现出良好的循环稳定性能，具体的制备步骤如下：

（1）称取一定量的石墨烯加入到100ml的去离子水中，随后再加入一定量的十二苯磺酸钠（SDBS）表面活性剂，超声振荡处理以形成分散均匀的石墨烯溶液；

（2）用天平称取60 mg的葡萄糖到步骤（1）中的石墨烯溶液中，搅拌10 min使其充分溶解，随后加入1ml的浓氨水，随后在100℃的温度下，持续搅拌2 h；

（3）用移液器精确移取100 ul的ppy试剂到步骤（2）溶液中，磁力搅拌1h，接随后用移液器精确加入100 ul的浓盐酸到上述溶液中，超声振荡10 min；

（4）将步骤（3）中的溶液放置到0℃的冰箱中8 h，取出后用高速离心机离心5min，收集上述溶液中的沉淀和悬浮物；

（5）将上述收集到的黑色物质，在真空条件下，100℃的温度下，真空干燥48 h，随后用玛瑙研钵研磨收集。

其中步骤（1）中石墨烯和SDBS的质量比为1:1。

步骤（3）中ppy : HCl=1 : 1（体积比）

步骤（4）中的离心速度为12000 rpm。