[发明专利]一种硼掺杂石墨烯材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及电化学材料技术领域，尤其涉及一种硼掺杂石墨烯材料的制备方法及其应用。本发明提供的制备方法，包括以下步骤：将硼酸和氧化石墨烯分散液混合后，冷冻干燥，得到前驱体粉末；在氩氢气氛下，将所述前驱体粉末进行煅烧，得到所述硼掺杂石墨烯材料。利用本发明所述的制备方法制备得到的硼掺杂石墨烯材料作为锂离子电池负极材料在充放电循环过程中，具有较高的循环寿命。

技术领域

本发明涉及电化学材料技术领域，尤其涉及一种硼掺杂石墨烯材料的制备方法及其应用。

背景技术

随着社会与科技的发展，人们对电动车辆，便携式电子设备和电网存储等的需求不断增长，高能量密度电池成为了当前迫切的需求。自从1991年索尼公司研发的锂离子电池(LIB)问世以来，人们对于能源储存器件的需求得到了一定程度的满足，但由于其有限的理论能量密度(150～200Wh/kg)和缓慢的发展速度，目前广泛使用的锂离子电池无法满足目前不断增长能量密度的需求。由于金属锂负极具有最高的理论比容量(3860mAh/g)和最低的电化学势(相对于标准氢电极为-3.040V)，因此基于金属锂负极的锂金属电池包括锂硫电池和锂氧电池等，因为其在能量密度上的巨大优势与潜力，收到了人们的广泛关注。目前在制约金属锂负极进一步发展的所有问题中，最严重的问题是锂枝晶在反复沉积过程中的生长。因此，如何得到一种合适锂沉积的基底材料，使得金属锂能够均匀沉积从而避免锂枝晶的生长显得尤为关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硼掺杂石墨烯材料的制备方法及其应用。所述硼掺杂石墨烯材料对锂具有较好的吸附能力，有利于金属锂在电极材料表面的均匀形核与沉积，进而提高了锂电池的循环寿命。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种硼掺杂石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：

将硼酸和氧化石墨烯分散液混合后，冷冻干燥，得到前驱体粉末；

在氩氢气氛下，将所述前驱体粉末进行煅烧，得到所述硼掺杂石墨烯材料。

优选的，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的浓度为1.5～2.5mg/L。

优选的，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯和硼酸的质量比为1：(0.5～2)。

优选的，所述氧化石墨烯分散液的制备方法，包括以下步骤：

在冰水浴条件下，将膨胀石墨、浓硫酸和高锰酸钾混合发生氧化还原反应，得到所述氧化石墨烯分散液。

优选的，所述浓硫酸的质量浓度为98％；

所述膨胀石墨的质量、浓硫酸的体积和高锰酸钾的质量比为(3.5～4.5)g：(160～200)mL：(15～25)g。

优选的，所述煅烧的温度为900～1000℃，所述煅烧的时间为1～5h。

优选的，升温至所述煅烧的温度的升温速率为3～6℃/min。

优选的，所述煅烧完成后，还包括将煅烧得到的黑色粉末依次进行清洗和干燥；

所述清洗包括将所述黑色粉末依次在硫酸和水中进行清洗。

本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的硼掺杂石墨烯材料作为锂离子电池负极材料的活性组分在锂离子电池中的应用。

优选的，所述锂离子电池负极材料包括硼掺杂石墨烯材料和聚偏氟乙烯；

所述硼掺杂石墨烯材料和聚偏氟乙烯的质量比为8:2。