磺化石墨烯金屬鹽及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨稀材料，特別涉及一種磺化石墨稀金屬鹽及其制備方法和應(yīng)用，例如作為電極材料的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是二維的碳晶體，其類似于單獨的石墨層構(gòu)建。碳原子以六邊形蜂窩狀結(jié)構(gòu)排列。這種排列由相關(guān)的碳原子的2s、2px和2py軌道雜化(“融合”)成所謂的sp2雜化軌道而產(chǎn)生。石墨烯具有金屬和非金屬的性質(zhì)。石墨烯的金屬性質(zhì)涉及良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，非金屬性質(zhì)導(dǎo)致這類化合物高的熱穩(wěn)定性、化學(xué)惰性以及潤滑性能。因此，石墨烯適用于許多工業(yè)應(yīng)用，例如電池組、燃料電池或耐火材料。
[0003]但石墨烯在直接應(yīng)用為鋰電池電極材料時，表現(xiàn)出首次不可逆容量較高，且容量不高等不足。
[0004]業(yè)界嘗試將金屬或其氧化物，例如金屬納米顆粒和石墨烯材料復(fù)合，以期獲得具有較高的可逆容量及較好循環(huán)穩(wěn)定性的復(fù)合材料，但是此類復(fù)合材料在充放電過程中金屬納米顆粒很容易發(fā)生聚并，導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性變差，此外，其中石墨烯仍存在分散性較差等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的主要目的在于提供一種磺化石墨烯金屬鹽及其制備方法和應(yīng)用。
[0006]為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括:
[0007]在一些實施例中提供了一種磺化石墨烯金屬鹽，其主要由磺化石墨烯和經(jīng)離子鍵結(jié)合于磺化石墨烯表面的金屬化合物組成。
[0008]較為優(yōu)選的，所述磺化石墨稀的徑向尺寸為0.05 μ m?100 μ m，厚度為0.5nm?20nm，其中磺酸基的含量以碳硫的摩爾比表示為12:1?3:1。
[0009]較為優(yōu)選的，所述磺化石墨烯中磺酸根與所述金屬化合物中金屬元素的摩爾比為1:1 ?5:1。
[0010]在一些實施例中提供了一種制備磺化石墨烯金屬鹽的方法，其包括:
[0011]S1、將磺化石墨烯均勻分散于溶劑中，形成濃度為0.1500g/L?500g/L的磺化石墨稀溶液；
[0012]S2、在惰性氣氛中向所述磺化石墨烯溶液中加入金屬化合物，并在室溫下攪拌反應(yīng)lh?6h，獲得磺化石墨烯金屬鹽溶液；
[0013]S3、對所述磺化石墨烯金屬溶液進行干燥處理，獲得所述磺化石墨烯金屬鹽。
[0014]在一些較為具體的實施案例中，前述步驟S3包括:將所述磺化石墨烯金屬鹽溶液在85°C?200 °C烘干。
[0015]進一步的，所述溶劑可包括水，二甲基亞砜(DMS0)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、碳酸丙烯酯(MSDS)，碳酸乙烯酯(EC)，碳酸丁烯酯(BC)，二甲基碳酸酯(DMC)，二乙基碳酸酯，甲基乙烯碳酸酯中的任意一種或者兩種以上的組合，但不限于此。
[0016]進一步的，所述金屬化合物可包括氧化鋰和/或氫氧化鋰，氧化鈉和/或氫氧化鈉，氧化鉀和/或氫氧化鉀，氧化鎂和/或氫氧化鎂，氧化鈣和/或氫氧化鈣，氧化鋁和/或氫氧化鋁中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此。
[0017]在一些較為具體的實施案例中，步驟S2中所述金屬化合物于磺化石墨烯溶液中的添加量為0.3g/L?30g/L。
[0018]較為優(yōu)選的，所述磺化石墨稀的徑向尺寸為0.05 μ m?100 μ m，厚度為0.5nm?20nm，其中磺酸基的含量以碳、硫的摩爾比表示為12:1?3:1。
[0019]較為優(yōu)選的，所述磺化石墨烯中磺酸根與所述金屬化合物中金屬元素的摩爾比為1:1 ?5:1。
[0020]在一些實施例中提供了所述磺化石墨烯金屬鹽的用途。
[0021 ]例如，在一些實施例中提供了一種電極材料，其包含所述的磺化石墨烯金屬鹽。
[0022]進一步的，所述電極材料的容量為173?282mAh/g。
[0023]例如，在一些實施例中提供了一種電化學(xué)和/或物理儲能裝置，其包含所述的磺化石墨烯金屬鹽或所述的電極材料。
[0024]其中，所述電化學(xué)和/或物理儲能裝置包括電容器或電池，但不限于此。
[0025]其中，所述電容器包括電解電容器，超級電容器或混合超級電容器，但不限于此。
[0026]其中，所述電池包括鋰離子電池，鈉離子電池，鉀離子電池，鎂離子電池，鈣離子電池或鋁離子電池，但不限于此。
[0027]例如，在一些更為具體的實施例中提供了一種電池，包括正、負(fù)極片、電解液以及置于正極片與負(fù)極片之間的隔膜等。其中，所述正、負(fù)極片或電解液還包含所述的磺化石墨稀金屬鹽。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少在于:該磺化石墨烯金屬鹽可作為儲能裝置中的電極材料應(yīng)用，其容量可達173?282mAh/g，并具有首次可逆容量高，循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)良，分散性好等特點，因而在制備電化學(xué)和/或物理儲能裝置中具有廣泛應(yīng)用前景，且其制備工藝簡單，易于實施和調(diào)控，反應(yīng)條件溫和，原料來源廣泛，便于規(guī)?；a(chǎn)。
【附圖說明】
[0029]圖1是基于實施例1?5制備的磺化石墨烯鋰鹽和對照例1制備的產(chǎn)物的鋰離子電池在1C放電倍率下，100個循環(huán)后的質(zhì)量比容量對照圖。
【具體實施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0031]如下實施例中述及的各種原料均可以通過市場途徑獲取，其中一些原料，例如磺化石墨稀(其徑向尺寸為0.05 μ???100 ym，厚度為0.5nm?20nm，其中磺酸基的含量以碳、硫的摩爾比表示為12:1?3:1)，也可依照本領(lǐng)域技術(shù)人員所知悉的合適方式自制(例如參閱CN103539105A等文獻)，而涉及的各類測試設(shè)備，均可以選用業(yè)界所知悉和慣用的型號。
[0032]又及，在如下實施例之中所采用的各種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)、各種反應(yīng)參與物及工藝條件均是較為典型的范例，但經(jīng)過本案發(fā)明人大量試驗驗證，于上文所列出的其它不同結(jié)構(gòu)參數(shù)、其它類型的反應(yīng)參與物及其它工藝條件也均是適用的，并也均可達成本發(fā)明所聲稱的技術(shù)效果。
[0033]實施例1本實施例涉及的一種磺化石墨烯金屬鹽包含磺化石墨烯和經(jīng)離子鍵結(jié)合于磺化石墨稀表面的金屬化合物。
[0034]—種制備該磺化石墨烯金屬鹽的方法包括如下步驟:
[0035]S1、將磺化石墨烯均勻分散于DMS0中，形成濃度為0.1500g/L的磺化石墨烯溶液；
[0036]S2、在惰性氣氛中向所述磺化石墨烯溶液中加入氧化鋰或氫氧化鋰，使氧化鋰于磺化石墨烯溶液中的添加量為0.3g/L，并在室溫下攪拌反應(yīng)6h，獲得磺化石墨烯鋰鹽溶液；