[发明专利]一种N掺杂石墨烯浆料及使用该浆料改性的石墨材料

说明书

本发明提供了一种N掺杂石墨烯浆料，其以氧化石墨和膨胀石墨为原料，可通过改变氮源加入量和调控水热和溶剂热法条件实现N掺杂量的控制。氮掺杂石墨烯浆料能够打开石墨烯能带隙，改变电子结构，提高自由载流子密度，从而提高石墨烯的电学及电化学性能等。本发明可实现氮掺杂石墨烯浆料批量制备，实现石墨烯更丰富的特性和更广泛的应用，为有效的改性手段。本发明还提供了使用该N掺杂石墨烯浆料改性的石墨材料，相比现有市场常规手段，本发明的改性方式较为简单，N掺杂石墨烯提供了新的活性位点和储能，显著地提升了石墨的电化学性能，对发展高性能石墨烯改性锂离子电池石墨负极材料具有促进作用。

技术领域

本发明属于锂离子电池导电浆料领域，具体涉及一种N掺杂石墨烯浆料，以及使用该浆料进行改性的石墨材料。

背景技术

随着新能源汽车的逐步产业化和规模化，锂电池的产量也随之增多，目前锂电池负极以石墨材料为主。工业石墨因其丰富、成本低、比容量高(372mAhg^-1)而被广泛用作LIB阳极。然而，它的大部分容量在＜0.3V(vs Li⁺/Li)达到，如此低的工作放电电压会引发不可逆反应，石墨表面形成固体电解质界面(SEI)层。该层消耗电解液，抑制电解液快速扩散到锂化阳极中，在第一次循环后会造成较大的容量损失，对此一般通过改性处理去解决。

石墨烯具有高的理论储锂容量、良好的电子导电性、离子迁移率和优异的力学性能，极性有机分子和金属离子可以自发地插入。石墨烯表面的电化学活性位点还可以参与电化学储能，其被作为锂离子电池负极材料的改性材料，在实验上和计算上都得到了广泛的研究。

近年来人们发现，异质元素掺杂的石墨烯材料具有良好的电子传导能力以及较强的机械性能，这一材料被广泛地应用于锂离子电池领域，展现了极其优越的电化学性能。由于氮原子与碳原子具有相似的电负性，氮掺杂石墨烯被认为是最有应用前景的锂离子电池电极材料之一。在较低N原子掺杂量的情况下，调控N掺杂类型和掺杂量显著地提升了石墨烯的性能，并增加了新的活性位点，对发展高性能石墨烯改性锂离子电池石墨负极材料具有促进作用。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种N掺杂石墨烯浆料。

本发明的第二目的在于提供使用上述N掺杂石墨烯浆料对现有的石墨负极材料进行改性，以提高锂离子电池石墨负极材料的电化学性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明涉及一种N掺杂石墨烯浆料，通过以下方法制备得到：

步骤一、N掺杂石墨烯制备：本发明使用氧化石墨和膨胀石墨作为N掺杂石墨烯原料。

S1：将氧化石墨加入氮源的水溶液中，分散后进行水热反应，将得到的固相产物加入含氮有机溶剂中进行分散，得到分散液A；

进一步地，所述氮源选自乙腈(C₂H₃N)、尿素(CH₄N₂O)、三聚氰胺(C₃N₃(NH₂)₃)、氰尿酰氯(C₃N₃Cl₃)、喹啉(C₉H₇N)及其衍生物、嘧啶(C₄H₄N₂)及其衍生物、吡啶(C₅H₅N)及其衍生物、吡咯(C₄H₅N)及其衍生物中的一种或多种。

进一步地，所述氮源与氧化石墨的质量比为(0.8-1.5):1，所述氧化石墨在氮源的水溶液中的质量百分含量为0.5％-5％。