[发明专利]石墨烯基复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种制备石墨烯基复合材料的方法，其特征在于，包括：

(1)将锰盐、尿素和含有PVP的二甘醇混合后得到的混合液供给至反应釜中进行水热反应，然后将得到的反应产物依次进行过滤、洗涤、干燥和煅烧，以便得到锰基氧化物；

(2)将所述锰基氧化物置于高温反应器中持续升温，同时通入保护气，达到第一预定温度后，向所述高温反应器中通入含有保护气和氢气的第一气体，以便得到氧化锰模板；

(3)将所述氧化锰模板置于高温反应器中持续升温，同时通入所述保护气，达到第二预定温度后，向所述高温反应器中通入含有保护气和碳源或含有保护气、碳源和氮源的第二气体，以便在所述氧化锰模板上沉积形成石墨烯或氮掺杂石墨烯，得到石墨烯基复合材料，

其中，在步骤(1)中，所述混合液中锰离子浓度为0.01～0.5mol/L，所述混合液中尿素的浓度为0.01～0.5mol/L，所述PVP的分子量为40000～65000，所述含有PVP的二甘醇的浓度为0.01～0.3g/mL，所述锰盐、所述尿素和所述PVP的质量比为(1～5):1:(1～15)，所述水热反应的温度为150～250摄氏度，压力为0.5～3MPa，转速为0～300rpm，反应时间为1～40小时，所述煅烧过程的升温速率为3～15摄氏度/分钟，所述煅烧温度为400～900摄氏度，时间为1～8小时；

在步骤(2)中，所述升温速率为5～15摄氏度/分钟，所述含有保护气和氢气的第一气体中，所述保护气流量为0.3～10L/min，所述保护气和所述氢气的体积比为1：(0.03～1)；

在步骤(3)中，所述升温速率为5～15摄氏度/分钟，所述第二预定温度为600～1200摄氏度，所述第二预定温度下反应5～60分钟。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述锰盐包括醋酸锰、硝酸锰、氯化锰和溴化锰中的至少之一。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述保护气为氮气、氩气或氦气；

任选的，在步骤(2)中，所述第一预定温度为400～800摄氏度，所述第一预定温度下反应0.5～5小时。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述保护气为氮气、氩气或氦气；

任选的，在步骤(3)中，所述含有保护气和碳源的第二气体中，所述保护气流量为0.3～10L/min，所述保护气和所述碳源的体积比为1：(0.05～1)；

任选的，在步骤(3)中，所述含有保护气、碳源和氮源的第二气体中，所述保护气流量为0.3～10L/min，所述保护气和所述碳源、所述氮源的体积比为1：(0.05～1)：(0.03～1)；

任选的，在步骤(3)中，所述碳源包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、乙炔、丙烯、尿素、甲醇、乙醇、丙烯、乙酸和丙酮中的至少之一；

任选的，在步骤(3)中，所述氮源包括三乙醇胺、二乙醇胺、六次甲基四胺、苯胺、N,N-二甲基甲酰胺、氨气、三聚氰胺、乙腈、丙腈、丁腈、氨气、吡啶、吡咯和硫脲中的至少之一。

5.一种石墨烯基复合材料，其特征在于，所述石墨烯基复合材料采用权利要求1-4中任一项所述的方法制备得到。

6.一种制备负极材料方法，其特征在于，将石墨烯基复合材料与粘结剂、导电剂混合，然后将浆糊涂布在铜箔上，其中，所述石墨烯基复合材料为采用权利要求1-4中任一项所述的方法得到的石墨烯基复合材料或权利要求5所述的石墨烯基复合材料。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸中的至少之一；

任选的，所述导电剂包括碳纳米管、乙炔黑和导电炭黑中的至少之一；

任选的，基于所述负极材料的总质量，所述石墨烯基复合材料、所述粘结剂所述导电剂的质量比为(5～95)：(1～10)：(0～10)。

8.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料采用权利要求6或7所述的方法制备得到。