[发明专利]一种寡层石墨烯及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种寡层石墨烯及其制备方法与应用，该寡层石墨烯是以天然鳞片石墨为原料，利用CO₂流体在超临界条件下对该天然鳞片石墨进行插层，插层结束，再经快速泄压后制备得到的。本发明所提供的制备方法可以实现寡层石墨烯的工业化批量生产，并且其工艺简单，操作费用较低，所得寡层石墨烯的层数为1‑10层。将该寡层石墨烯用作锂离子电池负极材料，其可以提供较低且平稳的工作电压，相对于商业石墨，在相同的充放电测试条件下，其具有更宽阔的电压平台；此外，在容量方面，其具有更优异的倍率性能，而且在不同的电流密度下都具有更高的可逆容量。

技术领域

本发明涉及一种寡层石墨烯及其制备方法与应用，属于碳材料及其应用技术领域。

背景技术

锂离子电池是一种具有高能量密度和循环寿命长等优点的新型储能器件。该电池主要由正极、负极和电解液三部分组成。其中，正极材料包括磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂以及一些三元正极材料，其中商业上一般采用磷酸铁锂；商业负极材料为天然石墨。电池充电时，正极材料中脱嵌出的锂离子经过电解液后，嵌入到负极材料中，电池放电时，锂离子由负极脱出并嵌入到正极材料中。对于负极来说，石墨可以提供较低而且平稳的工作电压，而且其循环寿命长，库伦效率也很高；但是它的理论容量有限，只有372mA h g^-1，这大大限制了锂离子电池电化学性能的提高。

石墨烯是一种具有理想二维结构的sp²杂化新型碳材料，其为构成石墨片、碳纳米管和富勒烯的基本结构单元，并且石墨烯具备优异的力学性质、良好的导电性以及其他一系列特殊的电学、光学、热学、化学性质；这些独特的特性为其在电子器件以及作为电极材料的体相材料等方面的应用提供了可能性。相对于石墨，石墨烯具有高比表面积和高电导率等优点，石墨烯是由单层碳原子无序松散聚集形成，这将有利于锂离子的嵌入和脱出，石墨烯的双面都能储存锂离子，因此增强了锂离子的储存能力。金属氧化的理论容量较高。Yoo等人(Nano Letters 2008；8(8):2277-82)测试了石墨烯在锂离子电池负极中的性能，电化学测试结果表明其比容量可达540mA h g^-1。Yao等人(Nanoscale Research Letters2014；9(1):1-6.)合成的中空石墨烯微球用作锂离子电池负极时，在50mA g^-1时，其可逆容量为903mA h g^-1，即使在500mA h g^-1下，其可逆容量仍能达到502mA h g^-1，并且在50mA g^-1电流下循环60圈后，其容量为652mA h g^-1。

为满足本领域对锂离子电池高能量密度的需求，采用具有优异导电性能的石墨烯作为锂离子电池负极材料可以提高锂的存储以及增强锂离子的扩散速率。因此，提供一种导电性能优异的石墨烯并将其作为锂离子电池负极材料已经成为本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种寡层石墨烯。

本发明的目的还在于提供所述寡层石墨烯的制备方法。

本发明的目的还在于提供所述寡层石墨烯作为锂离子电池负极材料的应用。

本发明的目的还在于提供含有所述寡层石墨烯的锂离子电池用电极浆料。

本发明的目的还在于提供所述锂离子电池用电极浆料的制备方法。

为达到上述目的，本发明提供一种寡层石墨烯，该寡层石墨烯是以天然鳞片石墨为原料，利用CO₂流体在超临界条件下对该天然鳞片石墨进行插层，插层结束，再经快速泄压后制备得到的。

根据本发明具体实施方案，优选地，该寡层石墨烯的层数为1-10层。

本发明还提供了所述寡层石墨烯的制备方法，其包括以下步骤：