[发明专利]一种基于石墨烯的锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯的锂离子电池负极材料及其制备方法，所述方法先将铌、锡掺杂石墨烯利用7‑辛烯基三氯硅烷进行改性处理，得到硅烷化石墨烯，再将硅烷化石墨烯与4‑溴‑2‑(2‑硝基‑1‑丙烯基)噻吩反应，得到改性石墨烯；最后以改性石墨烯与2‑乙烯基噻吩为原料，聚合反应即得一种基于石墨烯的锂离子电池负极材料，首次库伦效率高，比容量高，循环性能佳。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种基于石墨烯的锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

随着经济发展和社会进步，煤炭、石油和天然气等传统能源，一方面存量无法满足人类社会发展的需求，另一方面带来了严重的环境污染，因此，开发利用新能源已经成为当前的最迫切需求。

锂离子电池由于具有能量密度大、循环寿命长、工作电压高、无记忆效应等优点，已在便携式电子设备、电动汽车、航空航天等领域中广泛应用。锂离子电池属于二次充电电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动工作，在充放电过程中，锂离子在正极和负极之间往返嵌入和脱嵌。锂离子电池具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、工作温度范围宽、快速充电、自放电率低和安全可靠等优点，已经成为现代通讯和便携式电子产品等的理想化学电源。

电极材料是影响钠离子电池电化学性能的关键因素。目前商业化的锂离子电池普遍采用石墨材料作为负极，它的理论比容量仅为372mAh/g，且在快速充放电过程中存在石墨层剥落现象，导致明显的容量衰减。而且，在快速充放电过程中容易产生锂枝晶现象，这些因素都严重制约了在动力锂离子电池中的应用。因此，采用其他材料代替石墨负极是目前锂离子电池的研究重点和难点所在。

近年来石墨烯作为一种新型的碳负极材料越来越受到人们的广泛关注，利用石墨烯的高比表面积，对其进行适当的排列组装，就可以增大其表面储锂的有效位置和密度，这是因为石墨烯并不是层叠状堆积在一起的，故其两侧可以同时吸附锂，其理论的储锂能力远高于同质量的石墨，故石墨烯基电池具有巨大的应用前景。但是，石墨烯从实验室走向商业化应用还有很多问题需要解决，特别是石墨烯的首次库伦效率低，会大幅提高正极材料的用量，进而提高整个电池的成本。而且，石墨烯之间由于范德华力作用容易发生堆积或团聚等问题，增大离子传导路径，影响石墨烯作为负极材料的循环性能。

专利CN106784747B公开了一种石墨烯基锂离子电池负极材料，其包括三维多孔石墨烯和负载于三维多孔石墨烯上的非碳材料，负极材料具有丰富的孔结构，但是其设计重点在于满足非碳活性材料的体积膨胀，仍然没有解决首次库伦效率低的问题，而且比容量、循环性能等指标欠佳，仍有很大的进步空间。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种基于石墨烯的锂离子电池负极材料及其制备方法，首次库伦效率高，比容量和循环性能优异。

为实现上述目的，本发明是通过如下方案实现的：

1、一种基于石墨烯的锂离子电池负极材料的制备方法，包括步骤：

(1)先将铌、锡掺杂石墨烯利用7-辛烯基三氯硅烷进行改性处理，得到硅烷化石墨烯；

(2)再将硅烷化石墨烯与4-溴-2-(2-硝基-1-丙烯基)噻吩反应，得到改性石墨烯；

(3)最后以改性石墨烯与2-乙烯基噻吩为原料，聚合反应即得一种基于石墨烯的锂离子电池负极材料；

其中，所述铌、锡掺杂石墨烯是以五氯化铌、四氯化锡和液态聚丙烯腈按照质量比0.01～0.02：0.03～0.05：1为原料制成。