[发明专利]一种铝离子电池用局域石墨化的石墨烯衍生材料

说明书

本发明属于储能电池技术，尤其涉及一种铝离子电池用局域石墨化的石墨烯衍生材料，所述材料由3~10层石墨烯片层三维搭接而成，且石墨烯片层的石墨化程度为10%~99%，所述石墨烯片层的横向尺寸为10μm~100μm，所述材料通过高温处理法或化学处理法制备而得。相对于现有技术，本发明的有益效果是：(一)本发明提供了一种局域石墨化的石墨烯衍生材料，通过改变热处理温度（或还原剂种类和还原剂的量）和处理时间，可以实现石墨烯材料的石墨化程度的精细调控。(二)创新性地提出了局域石墨化的石墨烯衍生材料对电化学活性物质和充放电产物的储存作用，以提升电化学储能器件的倍率特性。

技术领域

本发明属于储能电池技术，尤其涉及一种铝离子电池用局域石墨化的石墨烯衍生材料。

背景技术

石墨烯是具有二维蜂窝状晶格结构的sp²杂化单层碳原子晶体，是不平整、具有褶皱的二维晶体，被认为是构筑其它sp²碳质材料的基元单位。石墨烯具有的优异的电学、热学、力学、光学性质，近年来成为了人们的研究热点。

石墨烯材料由于其微观的纳米尺度，具有较高的活性比表面积和高反应活性，在电化学储能领域体现出较大的优势。虽然石墨烯材料自身具有较高的比表面积，但是基于石墨烯储能器件的性能却不尽人意。这是因为石墨烯材料的比表面积过大，用于铝离子电池时会形成巨大的SEI膜，消耗过多铝离子，降低电池的循环性能。同时，由于充电时铝离子电池电解液中的AlCl₄^-需插入负极材料中，但是单片层的石墨烯材料显然无法满足AlCl₄^-的插层需要。而现阶段用于铝离子电池的天然石墨的容量和倍率性能都有限。

有鉴于此，本发明旨在提供一种铝离子电池用局域石墨化的石墨烯衍生材料，其通过对石墨烯材料进行局域石墨化处理，能够解决电化学储能器件倍率性能、循环特性不足，能量密度较低的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种铝离子电池用局域石墨化的石墨烯衍生材料，其通过对石墨烯材料进行局域石墨化处理，能够解决电化学储能器件倍率性能、循环特性不足，能量密度较低的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铝离子电池用局域石墨化的石墨烯衍生材料，所述材料由3～10层石墨烯片层三维搭接而成，且石墨烯片层的石墨化程度为10％～99％，所述石墨烯片层的横向尺寸为10μm～100μm，所述材料通过高温处理法或化学处理法制备而得。

本发明通过对石墨烯材料的局域石墨化处理，制备的局域石墨化的石墨烯衍生材料在充放电过程中有利于离子的传输，为提升储能器件的容量和倍率性能奠定了基础。

本发明通过控制局域石墨化碳的石墨化程度，提升储能器件的容量特性。该局域石墨化的石墨烯衍生材料具有较少的石墨烯片层数，对提升储能器件的倍率性能也具有显著效果。

作为本发明铝离子电池用局域石墨化的石墨烯衍生材料的一种改进，所述石墨烯片层的比表面积为100m²·g^-1～3000m²·g^-1。

作为本发明铝离子电池用局域石墨化的石墨烯衍生材料的一种改进，所述石墨烯片层的石墨化程度为20％～75％。

作为本发明铝离子电池用局域石墨化的石墨烯衍生材料的一种改进，所述高温处理法至少包括如下步骤：

步骤一、石墨烯材料的制备：将氧化石墨在惰性气体保护下进行热处理，得到具有单片层的石墨烯材料；

步骤二、将步骤一所得的单片层石墨烯在惰性气体保护下、于温度T下热处理h小时，得到局域石墨化的石墨烯衍生材料。