一種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：將氧化石墨烯超聲分散均勻，加入十二烷基硫酸鈉水溶液和苯胺進(jìn)行混合，超聲形成穩(wěn)定均勻的混合液，冰水浴攪拌并逐滴加入用鹽酸酸化的過硫酸銨，繼續(xù)冰水浴攪拌12小時，將得到的墨綠色溶液離心、水洗得到凝膠狀的物質(zhì)，再將其超聲分散于鹽酸溶液中，然后向其中滴加飽和氯化鐵溶液繼續(xù)超聲，最后將其在室溫下攪拌1小時候，在180℃下水熱12小時離心、水洗、凍干，即得到石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料；本發(fā)明工藝過程簡單、操作性強，設(shè)備投入少，生產(chǎn)成本低，且所得的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的電化學(xué)穩(wěn)定性好、比容量高、循環(huán)性能好、倍率性能優(yōu)異。
【專利說明】
一種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法
[技術(shù)領(lǐng)域]
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法。
[【背景技術(shù)】]
[0002]石墨烯作為一種典型的二維材料，自從2004年首次發(fā)現(xiàn)以來，受到了廣泛的關(guān)注和研究。由于石墨烯具備許多十分優(yōu)異的性能，從而使其復(fù)合材料的性能也得到極大的提高。聚苯胺作為一種導(dǎo)電高分子，具有的長程共軛結(jié)構(gòu)使其擁有獨特的電學(xué)和光學(xué)性能，不僅如此，其獨特的分子結(jié)構(gòu)還可以和石墨烯的JT體系、殘余的含氧官能團之間發(fā)生JT-JT堆積、氫鍵和靜電力等非共價相互作用，從而制備出一種具有優(yōu)異的光電性能的復(fù)合材料。
[0003]隨著新能源領(lǐng)域的技術(shù)的快速發(fā)展，人們對于儲能及電子產(chǎn)品等的電池研發(fā)的關(guān)注度越來越高。而鋰離子電池因具有電壓高，能量密度大，循環(huán)性能好，自放電小，無記憶效應(yīng)，工作范圍寬等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。目前，商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料主要以石墨為主，其理論比容量為372mAh/g，限制了其容量的進(jìn)一步提高。同時，由于它的嵌鋰方式一般為斷面嵌入，不適合快速充放電，限制了其在高功率領(lǐng)域中的應(yīng)用。所以人們一直在致力于對鋰離子電池負(fù)極材料進(jìn)行改性，來提高鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。因此，若能通過對鋰離子電池的負(fù)極材料進(jìn)行改進(jìn)，以獲得穩(wěn)定性好、易控制的負(fù)極材料，進(jìn)而改善鋰離子電池的性能，將具有非常重要的意義。
[
【發(fā)明內(nèi)容】
]
[0004]本發(fā)明的目的就是要解決上述的不足而提供一種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，不僅工藝過程簡單、操作性強，設(shè)備投入少，生產(chǎn)成本低，而且所得的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的電化學(xué)穩(wěn)定性好、比容量高、循環(huán)性能好、倍率性能優(yōu)異，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的鋰離子電池負(fù)極材料的穩(wěn)定性差與倍率性能低的技術(shù)問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的設(shè)計一種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:I)通過原位聚合的方法制備聚苯胺功能化的石墨烯片的步驟:將苯胺和十二烷基硫酸鈉一起加入到水中超聲分散，將分散好的混合溶液與超聲分散均勻的氧化石墨烯混合，繼續(xù)超聲10-50分鐘，形成穩(wěn)定均勻的混合液，然后在冰水浴中攪拌，并加入用lmol/L鹽酸酸化過的過硫酸銨，攪拌10-20小時，再將得到的混合液離心水洗3-5次，得到聚苯胺功能化的石墨烯片；2)聚苯胺包覆三氧化二鐵的步驟:將步驟I)所得到的聚苯胺功能化的石墨烯片超聲分散在lmol/L鹽酸溶液中，再向其中加入飽和氯化鐵溶液，邊超聲邊滴加，然后將得到的混合液在室溫下攪拌I小時，再裝入水熱釜中，在180°C下水熱反應(yīng)12小時，最后離心水洗3-5次，再凍干，即得到石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料。
[0006]作為優(yōu)選，步驟I)中，所述苯胺與十二烷基硫酸鈉的物料比為0.1-0.3ml:6-10mg，所述苯胺與氧化石墨稀的物料比為0.l-0.2ml: 20-40mg。
[0007]作為優(yōu)選，步驟I)中，所述過硫酸錢與鹽酸的物料比為0.5-lg:50ml，所述過硫酸錢與氧化石墨稀的物料比為0.5-lg:20-40mg。
[0008]作為優(yōu)選，步驟2)中，所述鹽酸與氧化石墨稀的物料比為1ml:20-40mg。
[0009]作為優(yōu)選，步驟2)中，所述飽和氯化鐵溶液與氧化石墨烯的體積比為I: 12.5-25。
[0010]作為優(yōu)選，步驟I)中，在超聲和攪拌過程中，保持水溫在0_5°C。
[0011]作為優(yōu)選，步驟I)和步驟2)中，超聲功率為500W。
[0012]作為優(yōu)選，步驟2)中，飽和氯化鐵溶液需緩慢滴加，并在超聲波中進(jìn)行。
[0013]本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，其技術(shù)進(jìn)步是顯著的，不僅工藝過程簡單、操作性強，設(shè)備投入少，生產(chǎn)成本低，而且所得的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的電化學(xué)穩(wěn)定性好、比容量高、循環(huán)性能好、倍率性能優(yōu)異，適合于動力電池應(yīng)用領(lǐng)域;此外，本發(fā)明利用原位生長聚苯胺功能化的石墨烯片，可以有效的增強該復(fù)合材料的導(dǎo)電性，該復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料時穩(wěn)定性能好，易控制，大大提高了電極的比容量以及倍率性能，從而獲得高性能的鋰離子電池負(fù)極材料。
[【附圖說明】]
[0014]圖1是本發(fā)明實施例1中石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的SEM圖；
[0015]圖2是本發(fā)明實施例1中石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的倍率性能圖。
[【具體實施方式】]
[0016]本發(fā)明提供了一種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其工作原理為:將氧化石墨烯(GO)超聲分散均勻，加入十二烷基硫酸鈉(SDS)水溶液和苯胺進(jìn)行混合，超聲形成穩(wěn)定均勻的混合液，冰水浴攪拌并逐滴加入用鹽酸酸化的過硫酸銨(APS)，繼續(xù)冰水浴攪拌12小時，將得到的墨綠色溶液離心、水洗得到凝膠狀的物質(zhì)，再將其超聲分散于鹽酸溶液中，然后向其中滴加飽和氯化鐵溶液繼續(xù)超聲，最后將其在室溫下攪拌I小時候，在180°C下水熱12小時離心、水洗、凍干。該制備方法的具體步驟如下:
[0017]I)通過原位聚合的方法制備聚苯胺功能化的石墨烯片的步驟:將苯胺和十二烷基硫酸鈉一起加入到水中分散，所述的苯胺和十二烷基硫酸鈉的物料比是0.1-0.3ml: 6-10mg，將分散好的混合溶液與超聲分散好的氧化石墨烯混合，所述的苯胺與氧化石墨烯的物料比為0.1-0.2ml: 20-40mg，超聲10-50分鐘，形成穩(wěn)定的混合液，然后在冰水浴中攪拌，并加入用lmol/L鹽酸酸化過的過硫酸錢，所述的過硫酸錢和鹽酸的物料比為0.5-lg:50ml，所述的過硫酸錢與氧化石墨稀的物料比為0.5-lg: 20-40mg，攪拌10-20小時，得到的混合液經(jīng)過離心水洗3-5次得到聚苯胺功能化的石墨烯片；
[0018]2)聚苯胺包覆三氧化二鐵的步驟:在步驟I)得到的聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料超聲分散在ImoI/L鹽酸溶液中，所述的鹽酸和氧化石墨稀的物料比為1ml: 20-40mg，再向其中加入飽和氯化鐵溶液，邊超聲邊滴加，所述的飽和氯化鐵溶液和氧化石墨烯的體積比為1:12.5-25。將得到的混合液在室溫下攪拌I小時，然后裝入水熱釜中，在180 °C下水熱反應(yīng)12小時，最后離心、水洗3-5次再凍干得到了鋰離子電池負(fù)極材料聚苯胺包覆的三氧化二鐵.
[0019]其中，步驟I)中，在超聲和攪拌過程中，保持水溫在0-5°C;步驟I)和2)中，超聲功率為500W;步驟2)中，飽和氯化鐵溶液需要緩慢滴加，并在超聲波中進(jìn)行。
[0020]下面結(jié)合具體實施例附圖對本發(fā)明作以下進(jìn)一步說明，但有必要指出以下實施例只用于對
【發(fā)明內(nèi)容】
的描述，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限制:
[0021]實施例1
[0022]—種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，步驟如下:
[0023]將0.3ml的苯胺和1mg十二烷基硫酸鈉一起加入到50ml水中超聲分散，將分散好的苯胺溶液與60ml (0.5mg/ml)的GO分散液混合，繼續(xù)超聲15min，形成穩(wěn)定均勾的混合液，冰水浴攪拌，再用50ml (lmol/L)HCl酸化0.7g的過硫酸銨，溶液逐漸變成墨綠色，保持冰水浴攪拌12小時，再將得到的溶液離心水洗3次，得到凝膠狀物質(zhì)，再將其超聲分散在180ml水中，向其中滴加10ml(lmol/L)HCl，邊超聲邊緩慢滴加5ml的飽和氯化鐵溶液，然后將其在室溫中攪拌I小時，再裝入水熱釜中，在180°C下反應(yīng)12小時，最后進(jìn)行離心水洗3次，凍干得到鋰離子電池負(fù)極材料石墨烯/氧化鐵/聚苯胺。
[0024]實施例2
[0025]—種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，步驟如下:
[0026]將0.2ml的苯胺和8mg十二烷基硫酸鈉一起加入到50ml水中超聲分散，將分散好的苯胺溶液與30ml (0.5mg/ml)的GO分散液混合，繼續(xù)超聲15min，形成穩(wěn)定均勾的混合液，冰水浴攪拌，再用25ml (lmol/L)HCl酸化0.35g的過硫酸銨，溶液逐漸變成墨綠色，保持冰水浴攪拌12小時，再將得到的溶液離心水洗3次，得到凝膠狀物質(zhì)，再將其超聲分散在90ml水中，向其中滴加5ml(lmol/L)HCl，邊超聲邊緩慢滴加2.4ml的飽和氯化鐵溶液，然后將其在室溫中攪拌I小時，再裝入水熱釜中，在180°C下反應(yīng)12小時，最后進(jìn)行離心水洗5次，凍干得到鋰離子電池負(fù)極材料石墨烯/氧化鐵/聚苯胺。
[0027]可見，在石墨烯表面原位生長高分子導(dǎo)電性的聚苯胺，可以大大的提高石墨烯的導(dǎo)電性，大大提高了電極的比容量以及倍率性能，從而獲得高性能的鋰離子電池負(fù)極材料。
[0028]本發(fā)明并不受上述實施方式的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)通過原位聚合的方法制備聚苯胺功能化的石墨烯片的步驟:將苯胺和十二烷基硫酸鈉一起加入到水中超聲分散，將分散好的混合溶液與超聲分散均勻的氧化石墨烯混合，繼續(xù)超聲10-50分鐘，形成穩(wěn)定均勾的混合液，然后在冰水浴中攪拌，并加入用lmol/L鹽酸酸化過的過硫酸銨，攪拌10-20小時，再將得到的混合液離心水洗3-5次，得到聚苯胺功能化的石墨稀片； 2)聚苯胺包覆三氧化二鐵的步驟:將步驟I)所得到的聚苯胺功能化的石墨烯片超聲分散在lmol/L鹽酸溶液中，再向其中加入飽和氯化鐵溶液，邊超聲邊滴加，然后將得到的混合液在室溫下攪拌I小時，再裝入水熱釜中，在180°C下水熱反應(yīng)12小時，最后離心水洗3-5次，再凍干，即得到石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料。2.如權(quán)利要求1所述的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟I)中，所述苯胺與十二燒基硫酸鈉的物料比為0.1-0.3ml:6-10mg，所述苯胺與氧化石墨稀的物料比為0.1-0.2ml: 20-40mg。3.如權(quán)利要求2所述的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟1)中，所述過硫酸錢與鹽酸的物料比為0.5-lg:50ml，所述過硫酸錢與氧化石墨稀的物料比為0.5-lg:20-40mgo4.如權(quán)利要求3所述的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟2)中，所述鹽酸與氧化石墨稀的物料比為1ml:20-40mg。5.如權(quán)利要求4所述的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟2)中，所述飽和氯化鐵溶液與氧化石墨烯的體積比為I:12.5-25。6.如權(quán)利要求5所述的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟I)中，在超聲和攪拌過程中，保持水溫在0-5°C。7.如權(quán)利要求6所述的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟1)和步驟2)中，超聲功率為500W。8.如權(quán)利要求7所述的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟2)中，飽和氯化鐵溶液需緩慢滴加，并在超聲波中進(jìn)行。
【文檔編號】C08K3/04GK105924963SQ201610394026
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】韓生, 劉金寶, 藺華林, 陳紅艷, 喻寧波, 馮晨萁, 韋煥明, 韓治亞
【申請人】上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院