石墨烯的制备方法技术

本发明专利技术属于石墨烯制备技术领域，特别涉及一种石墨烯的制备方法：即将含有石墨片层结构的碳材料、含有石墨插层或/和剥离功能组份的反应液以及动力源物质加入反应器中混合均匀，得到反应浆料；之后进行剥离反应制备得到石墨烯浆料，最后分离纯化即得到石墨烯产品。与现有技术相比，采用本发明专利技术方法制备石墨烯时，不仅可以解决氧化-还原法制备石墨烯过程中的安全隐患及环境污染问题；同时还能实现石墨烯的大批量、低成本、工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石墨稀
，特别涉及一种石墨稀的制备方法。
技术介绍
2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈· K ·海姆（Andre K. Geim)等采用机械剥离 法首次制备得到石墨烯（Graphene)，由此拉开了该材料制备、运用研宄的序幕。所谓石墨 烯，是指碳原子之间呈六角环形排列的一种片状体，通常由单层或多层石墨片层构成，可在 二维空间无限延伸，可以说是严格意义上的二维结构材料。其具有比表面积大、导电导热 性能优良、热膨胀系数低等突出优点：具体而言，高的比表面积（理论计算值：2630m 2/g); 高导电性、载流子传输率（200000cm2/V· s);高热导率（5000W/mK);高强度，高杨氏模量 (IlOOGPa)，断裂强度（125GPa)。因此其在储能领域、热传导领域以及高强材料领域具有极 大的运用前景。 现有的制备石墨烯的方法主要有微机械剥离法、超高真空石墨烯外延生长法、氧 化-还原法、化学气相沉积法（CVD)、溶剂剥离法、电解法和溶剂热法。在这一系列方法中， 氧化-还原法和电解法是实现石墨烯大批量制备的优选方案。 然而，采用氧化法制备氧化石墨时，所使用的氧化剂往往是浓硫酸、高锰酸钾等氧 化剂；且为了更加充分的将石墨氧化，往往需要进行高温反应。因此制备过程中存在极大的 安全隐患，且会发生氧化剂失效问题，导致整个氧化反应失败；同时，制备过程中会产生大 量的废液，造成环境污染和制造成本的增加。 相比较而言，电化学方法制备石墨烯时，所使用的反应物通常是电解液，其在操作 过程中的安全隐患低，且对环境污染小。如孙峰等人专利技术的一种电化学剥离制备石墨烯的 方法（申请号CN201110269176. 3)，首先用含石墨材料的极片、含锂的对电极极片、含碳酸 丙烯酯（PC)的电解液和隔膜组装成电池，通过放电或者充电使溶剂化锂离子嵌入石墨层 间，最终石墨层层剥离形成石墨烯。相对于现有技术，本专利技术充分考虑到石墨与PC的不兼 容性以及充放电时锂离子能层层插入石墨中的特点，使得石墨得以层层被溶剂化锂离子插 入并最终被剥离生成石墨烯。这种电化学剥离制备石墨烯的方法无需使用复杂昂贵的设 备，操作简单，且仅需进行简单的充放电和后处理就可以得到石墨烯。但是将电极组装成电 芯的过程中，制造成本高，且由于电极涂敷厚度的控制，得到的石墨烯产物量少，很难实现 工业化大批量制备。 有鉴于此，确有必要开发一种新的石墨烯制备方法，用于解决制备过程中安全隐 患及环境污染问题，同时又能实现大批量、低成本、工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种石墨烯制备方法：即将 含有石墨片层结构的碳材料、含有石墨插层或/和剥离功能组份的反应液以及动力源物质 加入反应器中混合均匀，得到反应浆料；之后进行剥离反应制备得到石墨烯浆料，最后分离 纯化即得到石墨烯产品。 为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案： -种，主要包括如下步骤： 步骤1，反应衆料的配制：将含有石墨片层结构的碳材料、含有石墨插层或/和剥 离功能组分的反应液以及动力源物质加入反应器中混合均匀，得到反应浆料； 步骤2,石墨稀原衆的制备：对步骤1的反应衆料施加扰动，使得碳材料与动力源 物质之间通过反应液离子导通的同时，形成电子传输通道，进行石墨片层剥离，制备得到石 墨稀原衆； 步骤3,提纯：去除步骤2制备得到的石墨烯原浆中的杂质，得到石墨烯浆料；干燥 后即得到石墨烯粉体材料。 作为本专利技术的一种改进，步骤1所述碳材料包括膨胀石墨、人 造石墨和天然石墨中的至少一种，所述碳材料在反应浆料中的质量比例为0. 1% -95%。 作为本专利技术的一种改进，步骤1所述动力源物质包括与步 骤1所述碳材料之间存在电势差的物质，所述动力源物质在反应浆料中的质量比例为 1% -90% 〇 作为本专利技术的一种改进，步骤1所述动力源物质包括富锂物质 或/和作为电极材料的金属物质。 作为本专利技术的一种改进，所述富锂物质包括LiM102、 LiMn2_xM2x04、LiNixMShO 2' Li3_xM4xN、LiFePO4' Li2FeO4' Li7_xMnxN4、Li3_ xFexN2、Li2S、Li2S 2和 LiNixMnyCozO2中的至少一种，其中，Ml为Co、Ni、Mn、Cu、Cr和Fe中的至少一种，M2为Ni、 (：〇、(：11、0、卩6和￥中的至少一种，]\0为(：〇、]\111、(：11、0、卩6、￥、1^、六1、]\%、63和211中的至少 一种，M4为Co、Ni、Cu、Cr和V中的至少一种，x+y+z = 1 ;所述作为电极材料的金属物质包 括金属锂、金属钠、金属钾、金属镁、金属铝、金属锌中的至少一种。 作为本专利技术的一种改进，步骤1所述石墨插层或/和剥离功能 组分包括碱金属元素（如锂、钠等）、碱土金属元素（如镁、钙等）、金属氯化物（如ZrCl 4, CrCl3，CoCl3等）、氯化物（如MoF6，WF6等）、稀土元素（如5111411，1'111，￥13等）、卤素元素（如 卩，(：1等）、赝卤素（如阶 2，1(：1，正5等）、强酸（如!12504、!1勵 3、等）、碳酸丙烯酯中的至少一 种，所述石墨插层或/和剥离功能组分在反应浆料中的质量比例为1% -90%。 作为本专利技术的一种改进，步骤1所述反应液还包括溶质和溶 剂，所述溶质括以权利要求3中所述金属的离子为阳离子的盐；如锂盐、钠盐、镁盐或锌盐 等；所述溶剂包括乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、丁烯碳酸酯、1，2-二甲基乙烯碳酸酯、碳酸乙 丁酯、碳酸甲丁酯、碳酸二丁酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、碳酸二正 丙酯、碳酸二异丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙丙酯、碳酸乙异丙酯、碳酸甲丙酯、二甲氧基乙烷、 二乙氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、缩二乙二醇二甲醚、缩三乙二醇二甲醚、缩四乙 二醇二甲醚、1,3-二氧戊烷、二甲基亚砜、环丁砜、4-甲基-1,3-丁内酯、γ-丁内酯、甲酸 甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、亚乙烯碳 酸酯、丙烷磺内酯和乙烯亚硫酸酯中的至少一种。 作为本专利技术的一种改进，步骤2所述对反应浆料所施加的扰动 包括搅拌、超声、挤压中的至少一种；步骤3所述提纯方式包括离心、静置沉降、过滤中的 至少一种。 作为本专利技术的一种改进，步骤2所述石墨烯原浆的制备过程温 度控制为〇°C -150°c，反应时间为lmin-48h。 一种使用本专利技术方法制备出来的石墨烯，以及使用该石墨烯制备的储能器件、热 导器件、电导器件。 本专利技术的有益效果在于：与传统的石墨烯制备方法不同，采用本方法制备石墨烯 时： 首先，极大的降低了生产过程中的安全隐患和环境污染问题：本专利技术所使用的反 应物无腐蚀性、剥离反应较为温和、且不需要特别的高温加热，因此大批量生产时安全性 高；同时，制备得到的产物杂质含量低，仅需要简单清洗即得到纯净的石墨烯，因此所产生 的废水量少，环境污染小。 其次，极大的简化了生产工艺：本专利技术制备石墨烯时，仅需要将反映物混合搅拌即 可实现石墨剥离制备石墨烯，而省略了电极材料制备电芯、之后再进行充放电的繁琐过程， 工艺简单，极大的降低了制造成本；同时，理论上，浆料混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯的制备方法，其特征在于，主要包括如下步骤：步骤1，反应浆料的配制：将含有石墨片层结构的碳材料、含有石墨插层或/和剥离功能组分的反应液以及动力源物质加入反应器中混合均匀，得到反应浆料；步骤2，石墨烯原浆的制备：对步骤1的反应浆料施加扰动，使得碳材料与动力源物质之间通过反应液离子导通的同时，形成电子传输通道，进行石墨片层剥离，制备得到石墨烯原浆；步骤3，提纯：去除步骤2制备得到的石墨烯原浆中的杂质，得到石墨烯浆料；干燥后即得到石墨烯粉体材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉洁，
申请(专利权)人：广东烛光新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44