技術領域
本申請屬于石墨烯材料的制備領域，尤其涉及一種電池用石墨烯材料及其制備方法。
背景技術：
石墨烯電池，利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發(fā)出的一種新能源電池。
石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數(shù)百倍。
美國俄亥俄州的Nanotek儀器公司利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發(fā)出一種新的電池。這種新的電池可把數(shù)小時的充電時間壓縮至短短不到一分鐘。分析人士認為，未來一分鐘快充石墨烯電池實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，將帶來電池產(chǎn)業(yè)的變革，從而也促使新能源汽車產(chǎn)業(yè)的革新。
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構。石墨烯一層層疊起來就是二氧化硅，厚1毫米的二氧化硅大約包含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。
新型石墨烯電池實驗階段的成功，無疑將成為電池產(chǎn)業(yè)的一個新的發(fā)展點。電池技術是電動汽車大力推廣和發(fā)展的最大門檻，而目前的電池產(chǎn)業(yè)正處于鉛酸電池和傳統(tǒng)鋰電池發(fā)展均遇瓶頸的階段，石墨烯儲能設備的研制成功后，若能批量生產(chǎn)，則將為電池產(chǎn)業(yè)乃至電動車產(chǎn)業(yè)帶來新的變革。
由于其獨有的特性，石墨烯被稱為“神奇材料”，科學家甚至預言其將“徹底改變21世紀”。曼徹斯特大學副校長Colin Bailey教授稱：“石墨烯有可能徹底改變數(shù)量龐大的各種應用，從智能手機和超高速寬帶到藥物輸送和計算機芯片?！?。
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)原料的二氧化硅，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用于電阻觸摸屏上，制備出了7英寸石墨烯觸摸屏。
中科院重慶綠色智能技術研究院的研究人員在展示單層石墨烯產(chǎn)品的超強透光性和柔性。
中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟率領貝特瑞、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，設計一種穩(wěn)定性好、成本低廉、產(chǎn)率高且可規(guī)模化生產(chǎn)的電池用石墨烯材料及其制備方法，以滿足市場需求，是非常必要的。
技術實現(xiàn)要素：
解決的技術問題：
本申請針對現(xiàn)有石墨烯復合復合物產(chǎn)率低、穩(wěn)定性差和成本高等技術問題，提供一種電池用石墨烯材料及其制備方法。
技術方案：
一種電池用石墨烯材料，所述電池用石墨烯材料的原料按重量份數(shù)配比如下：聚苯醚100份，二氧化硅5-25份，磷酸鐵鋰4-8份，石墨2-6份，硅灰石粉1-5份，鈦白粉4-8份，氨水10-14份，氫氧化鉀0.3-0.7份，碳酸二甲酯30-50份，硝酸鈉20-40份，乙醇10-30份，環(huán)己烷6-10份，丙醇8-12份，丙酮3-7份，磷酸銨15-35份。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述電池用石墨烯材料的原料按重量份數(shù)配比如下：聚苯醚100份，二氧化硅5份，磷酸鐵鋰4份，石墨2份，硅灰石粉1份，鈦白粉4份，氨水10份，氫氧化鉀0.3份，碳酸二甲酯30份，硝酸鈉20份，乙醇10份，環(huán)己烷6份，丙醇8份，丙酮3份，磷酸銨15份。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述電池用石墨烯材料的原料按重量份數(shù)配比如下：聚苯醚100份，二氧化硅25份，磷酸鐵鋰8份，石墨6份，硅灰石粉5份，鈦白粉8份，氨水14份，氫氧化鉀0.7份，碳酸二甲酯50份，硝酸鈉40份，乙醇30份，環(huán)己烷10份，丙醇12份，丙酮7份，磷酸銨35份。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述電池用石墨烯材料的原料按重量份數(shù)配比如下：聚苯醚100份，二氧化硅10份，磷酸鐵鋰5份，石墨3份，硅灰石粉2份，鈦白粉5份，氨水11份，氫氧化鉀0.4份，碳酸二甲酯35份，硝酸鈉25份，乙醇15份，環(huán)己烷7份，丙醇9份，丙酮4份，磷酸銨20份。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述電池用石墨烯材料的原料按重量份數(shù)配比如下：聚苯醚100份，二氧化硅20份，磷酸鐵鋰7份，石墨5份，硅灰石粉4份，鈦白粉7份，氨水13份，氫氧化鉀0.6份，碳酸二甲酯45份，硝酸鈉35份，乙醇25份，環(huán)己烷9份，丙醇11份，丙酮6份，磷酸銨30份。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述電池用石墨烯材料的原料按重量份數(shù)配比如下：聚苯醚100份，二氧化硅15份，磷酸鐵鋰6份，石墨4份，硅灰石粉3份，鈦白粉6份，氨水12份，氫氧化鉀0.5份，碳酸二甲酯40份，硝酸鈉30份，乙醇20份，環(huán)己烷8份，丙醇10份，丙酮5份，磷酸銨25份。
一種所述電池用石墨烯材料的制備方法，包括如下步驟：
第一步：按重量份數(shù)配比稱取聚苯醚、二氧化硅、磷酸鐵鋰、石墨、硅灰石粉、鈦白粉、氨水、氫氧化鉀、碳酸二甲酯、硝酸鈉、乙醇、環(huán)己烷、丙醇、丙酮和磷酸銨；
第二步：將石墨、硅灰石粉和二氧化硅在500-600℃下混合30-50min，然后冷卻至50-90℃，加入剩余原料在研磨機中研磨40-60分鐘，使其混合均勻；
第三步：將混合均勻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300-500℃，保溫反應1-3小時，然后進一步加熱至500-700℃，保溫反應2-4小時，制得電池用石墨烯材料。
有益效果：
本發(fā)明所述一種電池用石墨烯材料及其制備方法采用以上技術方案和現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果：1、在0.1M KOH溶液中催化氧還原的極限電流密度達到5mA/cm2，起始電位達-0.05V vs. SCE；2、原料價格低廉，操作方便簡單，穩(wěn)定性好，循環(huán)300次，容量600-1000mAh；3、適用領域廣，可用于鋰電池、蓄電池等各個領域；4、電池六分鐘快速充滿，導電性好，不依賴于大型儀器設備，可大規(guī)模生產(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)配比稱取聚苯醚100份，二氧化硅5份，磷酸鐵鋰4份，石墨2份，硅灰石粉1份，鈦白粉4份，氨水10份，氫氧化鉀0.3份，碳酸二甲酯30份，硝酸鈉20份，乙醇10份，環(huán)己烷6份，丙醇8份，丙酮3份，磷酸銨15份。
將石墨、硅灰石粉和二氧化硅在500℃下混合30min，然后冷卻至50℃，加入剩余原料在研磨機中研磨40分鐘，使其混合均勻。
將混合均勻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300℃，保溫反應1小時，然后進一步加熱至500℃，保溫反應2小時，制得電池用石墨烯材料。
在0.1M KOH溶液中催化氧還原的極限電流密度達到5mA/cm2，起始電位達-0.05V vs. SCE；原料價格低廉，操作方便簡單，穩(wěn)定性好，循環(huán)300次，容量600mAh；適用領域廣，可用于鋰電池、蓄電池等各個領域；電池六分鐘快速充滿，導電性好，不依賴于大型儀器設備，可大規(guī)模生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。
實施例2：
按重量份數(shù)配比稱取聚苯醚100份，二氧化硅25份，磷酸鐵鋰8份，石墨6份，硅灰石粉5份，鈦白粉8份，氨水14份，氫氧化鉀0.7份，碳酸二甲酯50份，硝酸鈉40份，乙醇30份，環(huán)己烷10份，丙醇12份，丙酮7份，磷酸銨35份。
將石墨、硅灰石粉和二氧化硅在600℃下混合50min，然后冷卻至90℃，加入剩余原料在研磨機中研磨60分鐘，使其混合均勻。
將混合均勻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3小時，然后進一步加熱至700℃，保溫反應4小時，制得電池用石墨烯材料。
在0.1M KOH溶液中催化氧還原的極限電流密度達到5mA/cm2，起始電位達-0.05V vs. SCE；原料價格低廉，操作方便簡單，穩(wěn)定性好，循環(huán)300次，容量700mAh；適用領域廣，可用于鋰電池、蓄電池等各個領域；電池六分鐘快速充滿，導電性好，不依賴于大型儀器設備，可大規(guī)模生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。
實施例3：
按重量份數(shù)配比稱取聚苯醚100份，二氧化硅10份，磷酸鐵鋰5份，石墨3份，硅灰石粉2份，鈦白粉5份，氨水11份，氫氧化鉀0.4份，碳酸二甲酯35份，硝酸鈉25份，乙醇15份，環(huán)己烷7份，丙醇9份，丙酮4份，磷酸銨20份。
將石墨、硅灰石粉和二氧化硅在500℃下混合30min，然后冷卻至50℃，加入剩余原料在研磨機中研磨40分鐘，使其混合均勻。
將混合均勻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300℃，保溫反應1小時，然后進一步加熱至500℃，保溫反應2小時，制得電池用石墨烯材料。
在0.1M KOH溶液中催化氧還原的極限電流密度達到5mA/cm2，起始電位達-0.05V vs. SCE；原料價格低廉，操作方便簡單，穩(wěn)定性好，循環(huán)300次，容量800mAh；適用領域廣，可用于鋰電池、蓄電池等各個領域；電池六分鐘快速充滿，導電性好，不依賴于大型儀器設備，可大規(guī)模生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。
實施例4：
按重量份數(shù)配比稱取聚苯醚100份，二氧化硅20份，磷酸鐵鋰7份，石墨5份，硅灰石粉4份，鈦白粉7份，氨水13份，氫氧化鉀0.6份，碳酸二甲酯45份，硝酸鈉35份，乙醇25份，環(huán)己烷9份，丙醇11份，丙酮6份，磷酸銨30份。
將石墨、硅灰石粉和二氧化硅在600℃下混合50min，然后冷卻至90℃，加入剩余原料在研磨機中研磨60分鐘，使其混合均勻。
將混合均勻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3小時，然后進一步加熱至700℃，保溫反應4小時，制得電池用石墨烯材料。
在0.1M KOH溶液中催化氧還原的極限電流密度達到5mA/cm2，起始電位達-0.05V vs. SCE；原料價格低廉，操作方便簡單，穩(wěn)定性好，循環(huán)300次，容量900mAh；適用領域廣，可用于鋰電池、蓄電池等各個領域；電池六分鐘快速充滿，導電性好，不依賴于大型儀器設備，可大規(guī)模生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。
實施例5：
按重量份數(shù)配比稱取聚苯醚100份，二氧化硅15份，磷酸鐵鋰6份，石墨4份，硅灰石粉3份，鈦白粉6份，氨水12份，氫氧化鉀0.5份，碳酸二甲酯40份，硝酸鈉30份，乙醇20份，環(huán)己烷8份，丙醇10份，丙酮5份，磷酸銨25份。
將石墨、硅灰石粉和二氧化硅在550℃下混合40min，然后冷卻至70℃，加入剩余原料在研磨機中研磨50分鐘，使其混合均勻。
將混合均勻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400℃，保溫反應2小時，然后進一步加熱至600℃，保溫反應3小時，制得電池用石墨烯材料。
在0.1M KOH溶液中催化氧還原的極限電流密度達到5mA/cm2，起始電位達-0.05V vs. SCE；原料價格低廉，操作方便簡單，穩(wěn)定性好，循環(huán)300次，容量1000mAh；適用領域廣，可用于鋰電池、蓄電池等各個領域；電池六分鐘快速充滿，導電性好，不依賴于大型儀器設備，可大規(guī)模生產(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)明的權利要求書相當?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變，都應該認為是包括在權利要求書的范圍內(nèi)。