一种功能化改性氧化石墨烯、制备方法与应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114933299A(43)申请公布日2022.08.23(21)申请号202210667796.0(22)申请日2022.06.14(71)申请人西安交通大学苏州研究院地址215123江苏省苏州市苏州工业园区独墅湖科教创新区仁爱路99号(72)发明人徐慧李佳伟金宏(74)专利代理机构北京东方盛凡知识产权代理事务所(普通合伙)11562专利代理师王宁宁(51)Int.Cl.C01B32/194(2017.01)C01B33/02(2006.01)B82Y30/00(2011.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图6页(54)发明名称一种功能化改性氧化石墨烯、制备方法与应用(57)摘要本发明公开了一种功能化改性氧化石墨烯、制备方法与应用，涉及锂离子电池技术领域，制备方法包括以下步骤：将氧化石墨烯分散在水中，得到第一溶液，将小分子物质分散在乙醇中，得到第二溶液，混合所述第一溶液与第二溶液，超声分散，分散液加热，然后冷冻干燥，得到功能化改性氧化石墨烯，作为粘结剂制备石墨烯复合硅负极材料，使其同时具备力学支撑网络和导电导离子传输网络的多重协同功能，可望取代高分子粘结剂、甚至替代铜箔集流体的作用，为开拓石墨烯在电池中的应用提供新方法。CN114933299ACN114933299A权利要求书1/1页1.一种功能化改性氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氧化石墨烯分散在水中，得到第一溶液，将苯环上至少含有两个取代基的有机小分子物质分散在乙醇中，得到第二溶液，混合所述第一溶液与第二溶液，超声分散，分散液加热，然后冷冻干燥，得到功能化改性氧化石墨烯。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯与所述有机小分子物质的质量比为1：(4～10)。3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述有机小分子物质包括对氨基苯磺酸或3‑氨基苯硼酸。4.根据权利要求1所述石墨烯复合硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述加热温度为90～100℃，加热时间为6～8h。5.一种根据权利要求1～4任一项所述制备方法制备得到的功能化改性氧化石墨烯。6.权利要求5所述功能化改性氧化石墨烯在制备石墨烯复合硅负极材料中的应用。7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，石墨烯复合硅负极材料的制备方法包括以下步骤：(1)将硅纳米颗粒分散在水中，得到第一混合液；(2)将功能化改性石墨烯分散在水中，超声分散，加入所述第一溶液中，搅拌反应，得到第二混合液，将所述第二混合液在‑75℃的超低温环境放置4～6h后取出，冷冻干燥，得到所述石墨烯复合硅负极材料。8.根据权利要求7所述应用，其特征在于，步骤(1)中还包括在将硅纳米颗粒分散在水中后，加入粘结剂，所述硅纳米颗粒与粘结剂的质量比为8：1。9.根据权利要求7所述应用，其特征在于，步骤(1)中所述硅纳米颗粒与步骤(2)中所述功能化改性石墨烯的质量比为16：(2～5)。10.权利要求5所述功能化改性氧化石墨烯在制备锂离子电池中的应用。2CN114933299A说明书1/7页一种功能化改性氧化石墨烯、制备方法与应用技术领域[0001]本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种功能化改性氧化石墨烯、制备方法与应用。背景技术[0002]锂离子电池(LIB)具有重量轻，能量密度高等优异特征，是新能源领域研究热点并已在许多便携式电子设备中应用，但在长续航电动汽车和大型储能系统等应用领域，能量密度目前还远远达不到市场需求。硅(Si)负极因其丰富储备、高的理论比容量(4200mAh·‑1+g，Li4.4Si)和低的对锂电压(≈0.4VvsLi/Li)成为新一代高能量密度动力电池负极的首位候选。但硅的低电导率和在嵌脱锂过程中硅颗粒巨大的体积变化，带来循环过程中电极结构破坏、导电网络不稳定以及硅表面生成不断增厚固体电解质中间相(SEI)层等一系列问题，从而导致电池快速失效，这是硅负极走向实际应用的瓶颈难题。[0003]目前解决硅负极上述问题的主要策略有活性材料纳米化、电极复合结构设计、新型粘结剂、导电剂或电解液的开发等。其中针对上述失效机理和服役特点，开发适配硅负极的这几种添加剂是当下亟需解决的重要问题。目前，新型粘结剂的开发主要着眼于选择合适的高分子材料，比如聚丙烯酸、羧甲基纤维素、海藻酸钠等材料及多相共混交联体系等。通过设计粘结剂体系的三维结构或化学键合作用为硅颗粒在循环过程中提供稳定的力学支撑网络。但常见的高分子粘结剂，存在导电导离子能力不足以及一维材料活性位点有限等问题。[0004]新型导电剂的设计，除了传统的导电炭黑外，石墨烯和碳纳米管也吸引了越来越多的关注。石墨烯因其特有的二维结构，表现出优