技術(shù)領(lǐng)域
本申請屬于石墨烯材料的制備領(lǐng)域，尤其涉及一種電池用石墨烯復(fù)合物材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
最近美國加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員就開發(fā)出一種以石墨烯為基礎(chǔ)的微型超級電容器，該電容器不僅外形小巧，而且充電速度為普通電池的1000倍，可以在數(shù)秒內(nèi)為手機甚至汽車充電，同時可用于制造體積較小的器件。
作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。
實際上石墨烯本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。石墨烯一層層疊起來就是氫氟酸，厚1毫米的氫氟酸大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。
微型石墨烯超級電容技術(shù)突破可以說是給電池帶來了革命性發(fā)展。目前主要制造微型電容器的方法是平板印刷技術(shù)，需要投入大量的人力和成本，阻礙了產(chǎn)品的商業(yè)應(yīng)用。而現(xiàn)在只需要常見的DVD刻錄機，甚至是在家里，利用廉價材料30分鐘就可以在一個光盤上制造100多個微型石墨烯超級電容。
石墨烯的出現(xiàn)在科學(xué)界激起了巨大的波瀾。人們發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有非同尋常的導(dǎo)電性能，超出鋼鐵數(shù)十倍的強度和極好的透光性，它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代電子科技領(lǐng)域引發(fā)一輪革命。在石墨烯中，電子能夠極為高效地遷移，而傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體，例如硅和銅遠沒有石墨烯表現(xiàn)得好。由于電子和原子的碰撞，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體用熱的形式釋放了一些能量，2013年一般的電腦芯片以這種方式浪費了72%-81%的電能，石墨烯則不同，它的電子能量不會被損耗，這使它具有了非比尋常的優(yōu)良特性。
中國在石墨烯研究上也具有獨特的優(yōu)勢，從生產(chǎn)角度看，作為石墨烯生產(chǎn)原料的氫氟酸，在我國儲能豐富，價格低廉。另外，批量化生產(chǎn)和大尺寸生產(chǎn)是阻礙石墨烯大規(guī)模商用的最主要因素。而我國最新的研究成果已成功突破這兩大難題，制造成本已從5000元/克降至3元/克，解決了這種材料的量產(chǎn)難題。利用化學(xué)氣相沉積法成功制造出了國內(nèi)首片15英寸的單層石墨烯，并成功地將石墨烯透明電極應(yīng)用于電阻觸摸屏上，制備出了7英寸石墨烯觸摸屏。
正是看到了石墨烯的應(yīng)用前景，許多國家紛紛建立石墨烯相關(guān)技術(shù)研發(fā)中心，嘗試使用石墨烯商業(yè)化，進而在工業(yè)、技術(shù)和電子相關(guān)領(lǐng)域獲得潛在的應(yīng)用專利。歐盟委員會將石墨烯作為“未來新興旗艦技術(shù)項目”，設(shè)立專項研發(fā)計劃，未來10年內(nèi)撥出10億歐元經(jīng)費。英國政府也投資建立國家石墨烯研究所(NGI)，力圖使這種材料在未來幾十年里可以從實驗室進入生產(chǎn)線和市場。
中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟率領(lǐng)貝特瑞、正泰集團、常州第六元素、億陽集團等四家上市公司的代表參加了西班牙的石墨烯會議，并分別與意大利、瑞典代表團簽訂了深度戰(zhàn)略合作協(xié)議，為“石墨烯全球并購，中國整合”戰(zhàn)略打響了第一槍。此外，3月初全球首批3萬部量產(chǎn)石墨烯手機在重慶發(fā)布，開啟了石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的新時代。石墨烯入選“十三五”新材料規(guī)劃已經(jīng)基本落定，預(yù)計2015年將成為中國石墨烯產(chǎn)業(yè)爆發(fā)元年，隨著社會城市化、科技化、人性化的發(fā)展，設(shè)計一種不易被破壞、產(chǎn)率高且可規(guī)?；a(chǎn)的電池用石墨烯復(fù)合物材料及其制備方法，成本低廉，以滿足市場需求，是非常必要的。
西班牙Graphenano公司(一家以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的公司)同西班牙科爾瓦多大學(xué)合作研究出首例石墨烯聚合材料電池，其儲電量是目前市場最好產(chǎn)品的三倍，用此電池提供電力的電動車最多能行駛1000公里，而其充電時間不到8分鐘。雖然此電池具有各種優(yōu)良的性能，但其成本并不高。Graphenano公司相關(guān)負責(zé)人稱，此電池的成本將比鋰電池低77%，完全在消費者承受范圍之內(nèi)。此外，在汽車燃料電池等領(lǐng)域，石墨烯還有望帶來革命性進步。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
解決的技術(shù)問題：
本申請針對現(xiàn)有石墨烯復(fù)合物產(chǎn)率低、穩(wěn)定性差和成本高等技術(shù)問題，提供一種電池用石墨烯復(fù)合物材料及其制備方法。
技術(shù)方案：
一種電池用石墨烯復(fù)合物材料，所述電池用石墨烯復(fù)合物材料的原料按重量份數(shù)配比如下：三羥甲基丙烷聚氧丙烯聚氧乙烯醚100份，氫氟酸5-25份，納米硅4-8份，石墨20-60份，聚四氟乙烯1-5份，無水乙醇6-10份，鈷酸鋰8-12份，碳酸氫鈉3-7份，二氧化鈦1-5份，1,2二氯乙烷3-7份，硝酸鉀30-50份，碳化鈦0.5-4.5份，丙酮2-6份，辛烷1.5-5.5份，甲苯4.5-8.5份，四氫呋喃15-35份，乙二胺四乙酸10-30份。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述電池用石墨烯復(fù)合物材料的原料按重量份數(shù)配比如下：三羥甲基丙烷聚氧丙烯聚氧乙烯醚100份，氫氟酸5份，納米硅4份，石墨20份，聚四氟乙烯1份，無水乙醇6份，鈷酸鋰8份，碳酸氫鈉3份，二氧化鈦1份，1,2二氯乙烷3份，硝酸鉀30份，碳化鈦0.5份，丙酮2份，辛烷1.5份，甲苯4.5份，四氫呋喃15份，乙二胺四乙酸10份。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述電池用石墨烯復(fù)合物材料的原料按重量份數(shù)配比如下：三羥甲基丙烷聚氧丙烯聚氧乙烯醚100份，氫氟酸25份，納米硅8份，石墨60份，聚四氟乙烯5份，無水乙醇10份，鈷酸鋰12份，碳酸氫鈉7份，二氧化鈦5份，1,2二氯乙烷7份，硝酸鉀50份，碳化鈦4.5份，丙酮6份，辛烷5.5份，甲苯8.5份，四氫呋喃35份，乙二胺四乙酸30份。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述電池用石墨烯復(fù)合物材料的原料按重量份數(shù)配比如下：三羥甲基丙烷聚氧丙烯聚氧乙烯醚100份，氫氟酸10份，納米硅5份，石墨30份，聚四氟乙烯2份，無水乙醇7份，鈷酸鋰9份，碳酸氫鈉4份，二氧化鈦2份，1,2二氯乙烷4份，硝酸鉀35份，碳化鈦1.5份，丙酮3份，辛烷2.5份，甲苯5.5份，四氫呋喃20份，乙二胺四乙酸15份。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述電池用石墨烯復(fù)合物材料的原料按重量份數(shù)配比如下：三羥甲基丙烷聚氧丙烯聚氧乙烯醚100份，氫氟酸20份，納米硅7份，石墨50份，聚四氟乙烯4份，無水乙醇9份，鈷酸鋰11份，碳酸氫鈉6份，二氧化鈦4份，1,2二氯乙烷6份，硝酸鉀45份，碳化鈦3.5份，丙酮5份，辛烷4.5份，甲苯7.5份，四氫呋喃30份，乙二胺四乙酸25份。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述電池用石墨烯復(fù)合物材料的原料按重量份數(shù)配比如下：三羥甲基丙烷聚氧丙烯聚氧乙烯醚100份，氫氟酸15份，納米硅6份，石墨40份，聚四氟乙烯3份，無水乙醇5份，鈷酸鋰10份，碳酸氫鈉5份，二氧化鈦3份，1,2二氯乙烷5份，硝酸鉀40份，碳化鈦2.5份，丙酮4份，辛烷3.5份，甲苯6.5份，四氫呋喃25份，乙二胺四乙酸20份。
一種所述電池用石墨烯復(fù)合物材料的制備方法，包括如下步驟：
第一步：按重量份數(shù)配比稱取三羥甲基丙烷聚氧丙烯聚氧乙烯醚、氫氟酸、納米硅、石墨、聚四氟乙烯、無水乙醇、鈷酸鋰、碳酸氫鈉、二氧化鈦、1,2二氯乙烷、硝酸鉀、碳化鈦、丙酮、辛烷、甲苯、四氫呋喃和乙二胺四乙酸；
第二步：將納米硅和石墨投入帶有攪拌器和溫度計的反應(yīng)釜中，升溫至450-550℃，攪拌30-40min，加入剩余原料，在研磨機中研磨30-50分鐘，研磨均勻后投入65-75℃下干燥50-60min；
第三步：將干燥后的原料置于帶蓋的陶瓷坩堝中，再將帶蓋的陶瓷坩堝放入管式爐中在高純氮氣保護下首先加熱至450-550℃，保溫反應(yīng)1-3小時，然后進一步加熱至700-800℃，保溫反應(yīng)2-4小時，制得電池用石墨烯復(fù)合物材料。
有益效果：
本發(fā)明所述一種電池用石墨烯復(fù)合物材料及其制備方法采用以上技術(shù)方案和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：1、工藝簡單、條件溫和，具有良好的導(dǎo)電性、容量大、能量密度高、循環(huán)性能好；2、原料價格低廉，操作簡單易行，循環(huán)300-500次，容量600mAh；3、易操作，質(zhì)量和產(chǎn)率易控制；4、不依賴于大型儀器設(shè)備，可實現(xiàn)高質(zhì)量電池用石墨烯大規(guī)模生產(chǎn)，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。
具體實施方式
實施例1:
按重量份數(shù)配比稱取三羥甲基丙烷聚氧丙烯聚氧乙烯醚100份，氫氟酸5份，納米硅4份，石墨20份，聚四氟乙烯1份，無水乙醇6份，鈷酸鋰8份，碳酸氫鈉3份，二氧化鈦1份，1,2二氯乙烷3份，硝酸鉀30份，碳化鈦0.5份，丙酮2份，辛烷1.5份，甲苯4.5份，四氫呋喃15份，乙二胺四乙酸10份。
將納米硅和石墨投入帶有攪拌器和溫度計的反應(yīng)釜中，升溫至450℃，攪拌30min，加入剩余原料，在研磨機中研磨30分鐘，研磨均勻后投入65℃下干燥50min。
將干燥后的原料置于帶蓋的陶瓷坩堝中，再將帶蓋的陶瓷坩堝放入管式爐中在高純氮氣保護下首先加熱至450℃，保溫反應(yīng)1小時，然后進一步加熱至700℃，保溫反應(yīng)2小時，制得電池用石墨烯復(fù)合物材料。
工藝簡單、條件溫和，具有良好的導(dǎo)電性、容量大、能量密度高、循環(huán)性能好；原料價格低廉，操作簡單易行，循環(huán)300次，容量600mAh；易操作，質(zhì)量和產(chǎn)率易控制；不依賴于大型儀器設(shè)備，可實現(xiàn)高質(zhì)量電池用石墨烯大規(guī)模生產(chǎn)，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。
實施例2：
按重量份數(shù)配比稱取三羥甲基丙烷聚氧丙烯聚氧乙烯醚100份，氫氟酸25份，納米硅8份，石墨60份，聚四氟乙烯5份，無水乙醇10份，鈷酸鋰12份，碳酸氫鈉7份，二氧化鈦5份，1,2二氯乙烷7份，硝酸鉀50份，碳化鈦4.5份，丙酮6份，辛烷5.5份，甲苯8.5份，四氫呋喃35份，乙二胺四乙酸30份。
將納米硅和石墨投入帶有攪拌器和溫度計的反應(yīng)釜中，升溫至550℃，攪拌40min，加入剩余原料，在研磨機中研磨50分鐘，研磨均勻后投入75℃下干燥60min。
將干燥后的原料置于帶蓋的陶瓷坩堝中，再將帶蓋的陶瓷坩堝放入管式爐中在高純氮氣保護下首先加熱至550℃，保溫反應(yīng)3小時，然后進一步加熱至800℃，保溫反應(yīng)4小時，制得電池用石墨烯復(fù)合物材料。
工藝簡單、條件溫和，具有良好的導(dǎo)電性、容量大、能量密度高、循環(huán)性能好；原料價格低廉，操作簡單易行，循環(huán)350次，容量600mAh；易操作，質(zhì)量和產(chǎn)率易控制；不依賴于大型儀器設(shè)備，可實現(xiàn)高質(zhì)量電池用石墨烯大規(guī)模生產(chǎn)，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。
實施例3：
按重量份數(shù)配比稱取三羥甲基丙烷聚氧丙烯聚氧乙烯醚100份，氫氟酸10份，納米硅5份，石墨30份，聚四氟乙烯2份，無水乙醇7份，鈷酸鋰9份，碳酸氫鈉4份，二氧化鈦2份，1,2二氯乙烷4份，硝酸鉀35份，碳化鈦1.5份，丙酮3份，辛烷2.5份，甲苯5.5份，四氫呋喃20份，乙二胺四乙酸15份。
將納米硅和石墨投入帶有攪拌器和溫度計的反應(yīng)釜中，升溫至450℃，攪拌30min，加入剩余原料，在研磨機中研磨30分鐘，研磨均勻后投入65℃下干燥50min。
將干燥后的原料置于帶蓋的陶瓷坩堝中，再將帶蓋的陶瓷坩堝放入管式爐中在高純氮氣保護下首先加熱至450℃，保溫反應(yīng)1小時，然后進一步加熱至700℃，保溫反應(yīng)2小時，制得電池用石墨烯復(fù)合物材料。
工藝簡單、條件溫和，具有良好的導(dǎo)電性、容量大、能量密度高、循環(huán)性能好；原料價格低廉，操作簡單易行，循環(huán)400次，容量600mAh；易操作，質(zhì)量和產(chǎn)率易控制；不依賴于大型儀器設(shè)備，可實現(xiàn)高質(zhì)量電池用石墨烯大規(guī)模生產(chǎn)，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。
實施例4：
按重量份數(shù)配比稱取三羥甲基丙烷聚氧丙烯聚氧乙烯醚100份，氫氟酸20份，納米硅7份，石墨50份，聚四氟乙烯4份，無水乙醇9份，鈷酸鋰11份，碳酸氫鈉6份，二氧化鈦4份，1,2二氯乙烷6份，硝酸鉀45份，碳化鈦3.5份，丙酮5份，辛烷4.5份，甲苯7.5份，四氫呋喃30份，乙二胺四乙酸25份。
將納米硅和石墨投入帶有攪拌器和溫度計的反應(yīng)釜中，升溫至550℃，攪拌40min，加入剩余原料，在研磨機中研磨50分鐘，研磨均勻后投入75℃下干燥60min。
將干燥后的原料置于帶蓋的陶瓷坩堝中，再將帶蓋的陶瓷坩堝放入管式爐中在高純氮氣保護下首先加熱至550℃，保溫反應(yīng)3小時，然后進一步加熱至800℃，保溫反應(yīng)4小時，制得電池用石墨烯復(fù)合物材料。
工藝簡單、條件溫和，具有良好的導(dǎo)電性、容量大、能量密度高、循環(huán)性能好；原料價格低廉，操作簡單易行，循環(huán)450次，容量600mAh；易操作，質(zhì)量和產(chǎn)率易控制；不依賴于大型儀器設(shè)備，可實現(xiàn)高質(zhì)量電池用石墨烯大規(guī)模生產(chǎn)，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。
實施例5：
按重量份數(shù)配比稱取三羥甲基丙烷聚氧丙烯聚氧乙烯醚100份，氫氟酸15份，納米硅6份，石墨40份，聚四氟乙烯3份，無水乙醇5份，鈷酸鋰10份，碳酸氫鈉5份，二氧化鈦3份，1,2二氯乙烷5份，硝酸鉀40份，碳化鈦2.5份，丙酮4份，辛烷3.5份，甲苯6.5份，四氫呋喃25份，乙二胺四乙酸20份。
將納米硅和石墨投入帶有攪拌器和溫度計的反應(yīng)釜中，升溫至500℃，攪拌35min，加入剩余原料，在研磨機中研磨40分鐘，研磨均勻后投入70℃下干燥55min。
將干燥后的原料置于帶蓋的陶瓷坩堝中，再將帶蓋的陶瓷坩堝放入管式爐中在高純氮氣保護下首先加熱至500℃，保溫反應(yīng)2小時，然后進一步加熱至750℃，保溫反應(yīng)3小時，制得電池用石墨烯復(fù)合物材料。
工藝簡單、條件溫和，具有良好的導(dǎo)電性、容量大、能量密度高、循環(huán)性能好；原料價格低廉，操作簡單易行，循環(huán)500次，容量600mAh；易操作，質(zhì)量和產(chǎn)率易控制；不依賴于大型儀器設(shè)備，可實現(xiàn)高質(zhì)量電池用石墨烯大規(guī)模生產(chǎn)，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。
以上實施例中的所有組分均可以商業(yè)購買。
上述實施例只是用于對本發(fā)明的內(nèi)容進行闡述，而不是限制，因此在和本發(fā)明的權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變，都應(yīng)該認為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。