一种石墨烯复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯复合材料及其制备方法与正极材料的应用。该石墨烯复合材料由石墨烯与1,6,7,12,13,18-六氮杂三萘撑复合构成，其中，所述石墨烯占所述石墨烯复合材料总质量的10%～30%。石墨烯复合材料制备方法包含获取石墨烯和1,6,7,12,13,18-六氮杂三萘的步骤、球磨混合的步骤。本发明石墨烯复合材料具有较高容量，且由于1,6,7,12,13,18-六氮杂三萘撑的分子体系大，在充放电过程中不易于溶解于电解液中，增加了正极的寿命。其工艺简单，生产条件易控，有效降低了生产成本，提高了生产效率，适合工业化生产。
【专利说明】一种石墨烯复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于碳材料【技术领域】，具体是涉及一种石墨烯复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是2004年英国曼彻斯特大学的安德烈.Κ.海姆(Andre K.Geim)等发现的一种二维碳原子晶体，并获得2010年物理诺贝尔奖，再次引发碳材料研究热潮。由于其独特的结构和光电性质使其成为碳材料、纳米技术、凝聚态物理和功能材料等领域的研究热点，吸引了诸多科技工作者。单层石墨烯拥有优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数，并且其理论比表面积高达2630m2/g，可用于效应晶体管、电极材料、复合材料、液晶显示材料、传感器等。虽然石墨烯具有该良好的性能特点，但是将其应用仍然受到一定的局限性。
[0003]随着各种新能源的发展，便携式电子设备的小型化发展及电动汽车对大容量高功率化学电源的广泛需求。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，但是由于其本身容量较低(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。所以开发新型的其它种类的正极材料受到了人们的广泛的重视。
[0004]West等人在1963年提出了一类叫做oxocarbon的化合物,其中几乎所有的碳原子都是以羰基或烯醇去质子化的形式存在。Armand等人制备了一系列oxocarbon锂盐，保持了很好的晶体形态，晶体大小为2?3 μ m,理论比容量为957mAh/g,首放比容量达到580mAh/g。该oxocarbon锂盐材料具有比容量、能量密度高,热稳定性好等优点，但是该材料存在着两个问题，一个是功率密度不高，不能进行大电流充放电；另一个是随着充放电的循环，容量衰减很快，寿命比目前的商用锂离子电池短。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种作为正极材料时能有效延缓正极容量衰减，延长正极充放电寿命的石墨烯复合材料。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种工艺简单，效率高，易于操作和控制的石墨烯复合材料的制备方法。
[0007]本发明进一步的目的在于提供上述石墨烯复合材料作为储能器正极材料的应用。
[0008]为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下:
[0009]一种石墨烯复合材料，由石墨烯与1，6，7，12，13，18-六氮杂三萘撑复合构成，其中，所述石墨稀占所述石墨稀复合材料总质量的10%?30%。
[0010]以及，一种石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤:
[0011]获取石墨烯和1，6，7，12，13，18-六氮杂三萘撑；
[0012]将石墨烯与1，6，7，12，13，18-六氮杂三萘撑球磨混合，得到所述石墨烯复合材料，其中，所述石墨稀占所述石墨稀复合材料总质量的10%?30%。
[0013]进一步地,本发明石墨烯复合材料作为储能器正极材料的应用。[0014]本发明石墨烯复合材料通过石墨烯与1，6，7，12，13，18-六氮杂三萘撑的复合，石墨烯组分构成一个稳定的电子导通网络，1，6，7，12，13，18-六氮杂三萘撑分散在石墨烯的片层之间，通过石墨烯与Li2C6Of^as体之间的接触，使得石墨烯能够快速的将电子迅速的传达至1，6，7，12，13，18-六氮杂三萘撑的晶体表面进行电化学反应，又由于
1.6,7，12，13，18-六氮杂三萘撑的分子体系大，因此在充放电过程不易于溶解于电解液中，延缓了正极容量的衰减速率，延长了正极的寿命。同时，由于1，6，7，12，13，18-六氮杂三萘撑分子中的碳氧双键和碳氮双键比较类似，储能优异，因此实现以石墨烯复合材料为正极材料高容量。另外，石墨烯与1，6，7，12，13，18-六氮杂三萘撑的复合，还使得该石墨烯复合材料具有优良的导电性和热稳定性。
[0015]上述石墨烯复合材料的制备方法只需将石墨烯与1，6，7，12，13，18-六氮杂三萘撑混合并经球磨而成，其工艺简单，生产条件易控，有效降低了生产成本，提高了生产效率，适合工业化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明石墨烯复合材料的制备方法工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]本发明实例提供一种导电率高，热稳定性好，且作为正极材料具有高容量的石墨烯复合材料。该石墨烯复合材料由石墨烯与1，6，7，12，13，18-六氮杂三萘撑复合构成，其中，所述石墨烯占所述石墨烯复合材料总质量的10%~30%。该1，6，7，12，13，18-六氮杂三萘撑(HATN)的结构式为下述分子结构式(I )
[0019]
【权利要求】
1.一种石墨烯复合材料，由石墨烯与1，6，7，12，13，18-六氮杂三萘撑复合构成，其中，所述石墨稀占所述石墨稀复合材料总质量的10%-30%。
2.根据权利要求1所述的石墨烯复合材料，其特征在于:所述石墨烯占所述石墨烯复合材料总质量的15%-30%。
3.根据权利要求1所述的石墨烯复合材料，其特征在于:所述石墨烯复合材料的粒径25 -100 μ m。
4.一种石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤: 获取石墨烯和1，6，7，12，13，18-六氮杂三萘撑； 将石墨烯与1，6，7，12，13，18-六氮杂三萘撑球磨混合，得到所述石墨烯复合材料，其中，所述石墨稀占所述石墨稀复合材料总质量的10%-30%。
5.根据权利要求4所述的石墨烯复合材料，其特征在于:所述球磨的速率为200-1OOOrpm,球磨时间为0.5-5h。
6.根据权利要求4或5所述的石墨烯复合材料，其特征在于，所述1，6，7，12，13，18-六氮杂三萘撑按如下方法制备获取: 在有机溶剂存在的条件下，将环己六酮和邻苯基二胺按照化学计量数之比溶解于有机溶剂中，并加热回流反应完毕后，经洗涤，固液分离，得到所述1，6，7，12，13，18-六氮杂三萘撑。
7.根据权利要求6所述的石墨烯复合材料，其特征在于:所述回流反应的温度为40-70°C，时间为1-3小时。
8.根据权利要求4或5所述的石墨烯复合材料，其特征在于，所述石墨烯按如下方法获取: 获取氧化石墨稀; 将所述氧化石墨烯进行脱水，得到脱水氧化石墨烯； 将所述脱水氧化石墨烯在还原气氛中于800-1200°C高温下还原I-12h，得到所述石墨烯。
9.根据权利要求1-3任一所述的石墨烯复合材料作为储能器正极材料的应用。
10.根据权利要求9所述的石墨烯复合材料的应用，其特征在于:所述储能器为锂离子电池。
【文档编号】H01M4/583GK103456957SQ201210175315
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年5月31日 优先权日:2012年5月31日
【发明者】周明杰, 钟玲珑, 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