[发明专利]一种简易增大石墨层间距的制备方法

说明书

本发明公开了一种简易增大石墨层间距的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将原始材料氧化石墨与水合肼溶液按照质量比为1：2‑4充分混合均匀；（2）将步骤（1）中的悬浊液进行超声处理，使石墨粉末均匀分散于水溶剂中；（3）将步骤（2）中超声处理后的石墨悬浊液进行快速预冷冻处理,再进行微波处理；（4）将步骤（3）中微波处理后的石墨混合液重新进行快速预冷冻处理，冷冻过程以间断性的超声处理作为辅助，直至完全冷冻；（5）将步骤（4）中的冷冻的石墨悬浊固体进行冷冻干燥，该制备方法能解决现有技术中石墨类负极材料锂离子嵌入脱出差的技术问题，减少不可逆容量的损耗，增强首次库伦效率。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种简易增大石墨层间距的制备方法。

背景技术

目前，石墨是良好的二维导电碳材料，具备层状结构并且结构稳定，是目前主流的锂电池用负极材料，但锂离子的半径大于石墨层间距，不利于锂离子的嵌入和脱出，导致了不可逆容量的损失以及循环性能的降低，因此增大石墨负极的层间距是有助于锂离子电池负极性能提升，也有利于锂离子的快速嵌入和脱出。氧化石墨是石墨的衍生物，通常通过Hummers法制备，在石墨层间接入官能团以扩大层间距，但往往氧化石墨中的含氧官能团去除不完全存在安全隐患，在电池扣电测试的时候，往往由于含氧官能团的存在而导致爆炸，因此以氧化石墨作为增大石墨层间距的原始材料，在增大层间距的同时保证含氧官能团的完全去除是十分必要的。

冬季往往有不少植物由于低温的作用死亡，究其死亡的原因主要是植物体内的自由水由于低温的作用形成冰晶，而冰晶与冰晶之间存在规则平面容易结合形成更大的冰晶胀破细胞导致植物死亡，因此，以冰晶的结合壮大形式与方法来进一步扩大石墨等二维材料的层间距是非常有效的途径。

专利文献CN105720269A公开了一种钠离子电池大层间距石墨负极材料制备方法，该发明将氧化石墨与碳源物质复配混合，得到碳源包覆的氧化石墨材料，再以液氮快速冷冻，然后置于微波加热装置中反应，最后得到大层间距石墨负极材料。该发明碳源包覆的氧化石墨中的含氧官能团并不能完全去除，存在安全隐患；其次石墨层间由于范德华力的存在，虽然极易被含氧官能团打开，但去除含氧官能团后也存在石墨层复原的可能。因此对还原后的氧化石墨结构固定，有利于保持最大的石墨层间距。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简易增大石墨层间距的制备方法，以解决现有技术中石墨类负极材料锂离子嵌入脱出差的技术问题，减少不可逆容量的损耗，增强首次库伦效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种简易增大石墨层间距的制备方法，包括以下步骤：

（1）将原始材料氧化石墨与水合肼溶液按照质量比为1：2-4充分混合均匀；

（2）将步骤（1）中的悬浊液进行超声处理，使石墨粉末均匀分散于水溶剂中；

（3）将步骤（2）中超声处理后的石墨悬浊液进行快速预冷冻处理,再进行微波处理；

（4）将步骤（3）中微波处理后的石墨混合液重新进行快速预冷冻处理，冷冻过程以间断性的超声处理作为辅助，直至完全冷冻；

（5）将步骤（4）中的冷冻的石墨悬浊固体进行冷冻干燥。

作为优选方案之一，所述的步骤（1）中，所述氧化石墨为常规或改性的Hummers法制备，均为除磁后的高纯石墨类型材料的形状为球形、片状、类球形块状的一种或多种；所述水合肼溶液含量为40-80%水合肼水溶液。

作为优选方案之一，所述的步骤（2）中超声处理，超声频率为500-1200Hz，超声时间为10-60min。

作为优选方案之一，所述步骤（3）的快速预冷冻处理采用超低温冰箱冷冻法、液氮冷冻法、冷阱冷冻法中至少一种。

作为优选方案之一，所述步骤（3）的微波处理，功率为500-1000W，处理时间为10-180s。