[发明专利]石墨烯基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了石墨烯基复合材料及其制备方法和应用，所述方法包括：(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。

技术领域

本发明属于碳材料技术领域，具体涉及一种石墨烯基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯行业作为国家重要的战略新兴产业，在新能源、化工、电子信息、生物医药等领域拥有巨大应用前景，将在国内新一轮产业变革和创新驱动发展中发挥重要作用。石墨烯具有电子迁移率快、强度高、导电性/导热性佳、透光率高、质量小等优异特性，在新能源、石油化工、电子信息、复合材料、生物医药、可穿戴设备和节能环保等传统领域和新兴领域的应用都有望引发相关行业的变革。

现有的石墨烯基复合材料存在以下问题：

(1)氧化石墨烯官能团缺陷：多数制备石墨烯复合材料的方法中，所使用石墨烯由氧化石墨烯还原得到，会不可避免地引入一些含氧官能团，一些复合材料合成方法中反应温度较低，难以使得含氧官能团分解，残留的含氧官能团在电池循环过程中与电解液发生反应，不仅降低电池的首效，影响电池循环寿命，更会带来安全隐患。

(2)过渡金属氧化物性能不足：虽然理论容量高，但是过渡金属氧化物导电性差、不可逆容量高、充放电过程中体积效应明显、电极材料粉化，从而导致其循环稳定性变差、容量衰减快等问题，制约了其工业应用。

(3)石墨烯的规模化制备：传统的氧化-还原法受到生产周期长、产生大量废酸废液和安全环保问题的限制，而外延生长法的反应条件较为苛刻，单晶碳化硅衬底的成本过高，石墨烯很难从衬底分离，且难以大批量制备石墨烯材料，工业化生产的前景不大。

因此，现有的制备石墨烯基复合材料的技术有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种石墨烯基复合材料及其制备方法和应用，采用该方法制备得到的石墨烯基复合材料不仅具有优异的导电性能，而且具有较好的弹性，该石墨烯基复合材料制备的负极材料在充放电过程中，其中的石墨烯可以对电极起到缓冲作用，从而提高其循环性能和倍率性能。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备石墨烯基复合材料的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)将锰盐、尿素和含有PVP的二甘醇混合后供给至水热反应釜中，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。