专利名称：石墨烯衍生物材料及其制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及电极材料技术领域，具体的说是涉及一种石墨烯衍生物材料及其制备
方法与应用。
背景技术：
随着各种新能源的发展，各种电子设备，如便携式电子设备及电动汽车等，对大容量高功率化学电源的需求愈发广泛。目前商品化的锂离子电池大多采用无机正极/石墨体系，其中这些正极材料主要是磷酸铁锂，锰酸锂，钴酸锂，镍酸锂以及混合的体系。虽然这类体系的电化学性能优异，但其存在本身容量较低(如磷酸铁锂的理论170mAh/g)，制备工艺复杂，成本高等诸多的缺点。另外，也开发了一些有机的锂盐作为正极材料，但是由于材料电导率，热稳定性，机械性能的原因，循环寿命一般较低，不适宜用来作为电极材料。
发明内容基于此，有必要提供一种比容量较大的石墨烯衍生物材料及其制备方法。一种石墨烯衍生物材料，所述石墨烯衍生物材料是由石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物构成。在优选的实施例中，所述石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物为石墨烯的氨基嘧啶衍生物、石墨烯的氨基苯磺酰氨基嘧啶衍生物`、石墨烯的氨基嘌呤衍生物及石墨烯的2-氨基嘧啶二酮衍生物中的一种。一种石墨烯衍生物材料的制备方法，包括如下步骤:步骤一、将石墨、高锰酸钾与浓硫酸进行氧化反应后得到氧化石墨；步骤二、将所述氧化石墨溶解在溶剂中，然后在搅拌下加入氨基含氮芳烃类化合物的乙醇溶液，再在80°C的温度下回流反应24小时，得到氧化石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物；步骤三、将所述氧化石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物与足量的水合肼在80°C的温度下回流反应5 24小时，得到石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物；及步骤四、将所述石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物在50 150°C退火I 10小时，得到石墨稀衍生物材料。在优选的实施例中，步骤二中，所述氧化石墨与所述氨基含氮芳烃类化合物的质量比为1:1 3.5。在优选的实施例中，步骤二中，所述氨基含氮芳烃类化合物为氨基嘧啶、氨基苯磺酰氨基嘧啶、氨基嘌呤及2-氨基嘧啶二酮的一种。在优选的实施例中，步骤二中的回流反应中还包括加入催化剂量的盐酸的步骤。在优选的实施例中，步骤二中，所述溶剂为DMF或水。本发明还提供上述石墨烯衍生物材料在锂离子电池的电极材料中的应用。上述石墨烯衍生物材料中含有丰富的N位点，作为电极材料时的最高容量可达到620mAh/g，与传统的电极材料相比，上述石墨烯衍生物材料具有高容量的特点。
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。图1为一实施方式的石墨烯衍生物材料的制备方法流程图。
具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。一实施方式的石墨烯衍生物材料，是由石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物构成。所述石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物优选为石墨烯的氨基嘧啶衍生物、石墨烯的氨基苯磺酰氨基嘧啶衍生物、石墨烯的氨基嘌呤衍生物及石墨烯的2-氨基嘧啶二酮衍生物中的一种。上述石墨烯衍生物材料中含有丰富的N位点，作为电极材料时的最高容量可达到620mAh/g,与传统的电极材料相比(钴酸锂理论容量274mAh/g，实际发挥出140mAh/g，锰酸锂的理论容量148mAh/g，磷酸铁锂理论容量170mAh/g)，上述石墨烯衍生物材料具有高容量的特点。请参阅图1，上述石墨烯衍生物材料的制备方法包括如下步骤。步骤S101、将石墨、高锰酸钾与浓硫酸进行氧化反应后得到氧化石墨。可以通过改进的Hummers 法(Hummers W S, Offeman R E.[J].J Am Chem Soc,1958,80 =1339-1339)来制备氧化石墨。其具体步骤为:将20g 50目石墨粉、IOg过硫酸钾和IOg五氧化二磷加入80°C的浓硫酸中，搅拌均匀，冷却6h以上，洗涤至中性，干燥。将干燥后的样品加入0°C、230mL的浓硫酸中，再加入60g高锰酸钾，保持混合物的温度在20°C以下，然后在35°C的油浴中保持2h后，缓慢加入920mL去离子水。15min后，再加入2.8L去离子水(其中含有50mL浓度为30%的双氧水)，之后混合物颜色变为亮黄色，趁热抽滤，再用5L浓度为10%的盐酸进行洗涤、抽滤、在60°C真空干燥48h即得到氧化石墨。步骤S102、将所述氧化石墨溶解在溶剂中，然后在搅拌下加入氨基含氮芳烃类化合物的乙醇溶液，再在80°C的温度下回流反应24小时，得到氧化石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物。具体的，可以将氧化石墨超声Ih溶解于DMF(N，N 二甲基甲酰胺)或水中，得到悬浮液加入到三口瓶中，剧烈搅拌下，按照氧化石墨与氨基含氮芳烃类化合物的质量比为
1: 1 3.5的比例加入氨基含氮芳烃类化合物的乙醇溶液，再在80°C的温度下回流反应24小时，得到氧化石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物。氧化石墨与氨基含氮芳烃类化合物进行反应时，氧化石墨中环氧基团的环氧键被打断，同时氨基含氮芳烃类化合物中氮氢键也被打断，在环氧键、氮氢键被打断后，环氧键与氮氢键两两键合，形成新的共价化学键(H0-C-C-NH-)，从而获得氧化石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物。所述氨基含氮芳烃类化合物为氨基嘧啶、氨基苯磺酰氨基嘧啶、氨基嘌呤及2-氨基嘧啶二酮的一种。反应方程式如下:
权利要求
1.一种石墨烯衍生物材料，其特征在于:所述石墨烯衍生物材料是由石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物构成。
2.根据权利要求1所述的石墨烯衍生物材料，其特征在于:所述石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物为石墨烯的氨基嘧啶衍生物、石墨烯的氨基苯磺酰氨基嘧啶衍生物、石墨烯的氨基嘌呤衍生物及石墨烯的2-氨基嘧啶二酮衍生物中的一种。
3.—种石墨烯衍生物材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一、将石墨、高锰酸钾与浓硫酸进行氧化反应后得到氧化石墨； 步骤二、将所述氧化石墨溶解在溶剂中，然后在搅拌下加入氨基含氮芳烃类化合物的乙醇溶液，再在80°C的温度下回流反应24小时，得到氧化石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物；步骤三、将所述氧化石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物与足量的水合肼在80°C的温度下回流反应5 24小时，得到石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物 '及 步骤四、将所述石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物在50 150°C退火I 10小时，得到石墨烯衍生物材料。
4.根据权利要求3所述的石墨烯衍生物材料的制备方法，其特征在于:步骤二中，所述氧化石墨与所述氨基含氮芳烃类化合物的质量比为1:1 3.5。
5.根据权利要求3所述的石墨烯衍生物材料的制备方法，其特征在于:步骤二中，所述氨基含氮芳烃类化合物为氨基嘧啶、氨基苯磺酰氨基嘧啶、氨基嘌呤及2-氨基嘧啶二酮的一种。
6.根据权利要求3所述的石墨烯衍生物材料的制备方法，其特征在于:步骤二中的回流反应中还包括加入盐酸作为催化剂的步骤。
7.根据权利要求3所述的石墨烯衍生物材料的制备方法，其特征在于:步骤二中，所述溶剂为DMF或水。
8.根据权利要求1所述的石墨烯衍生物材料在锂离子电池的电极中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种石墨烯衍生物材料及其制备方法与应用。该石墨烯衍生物材料，其是由石墨烯的氨基含氮芳烃衍生物构成。上述石墨烯衍生物材料作为电极材料时的最高比容量可达到620mAh/g，与传统的电极材料相比，具有高比容量的特点。
文档编号H01M4/60GK103137975SQ20111039050
公开日2013年6月5日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者周明杰, 王要兵 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司