一种多孔类石墨烯及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石墨烯技术领域，特别涉及一种多孔类石墨烯及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 具体来说，由于石墨烯具有优异的导电性能，且本身的质量极轻，因此能够有效的 降低导电剂用量，增加电极中活性物质的含量，提高电池的能量密度；同时还能降低电池的 内阻，提高电池的放电电压，减少充放电过程中的产热；因此石墨烯是锂离子电池导电剂的 理想选择之一。然而，石墨烯本身的二维结构，极大的限制了锂离子在垂直于石墨烯片场方 向上的扩散，从而降低了石墨烯作为锂离子电池导电剂性能的发挥。
[0004] 有鉴于此，确有必要开发一种新的石墨烯材料，其结构不会阻碍离子在垂直于石 墨烯片层方向上的传输。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种多孔类石墨烯材料：该 类石墨烯片层材料厚度为0. 3-350nm，片层平面等效半径不小于5nm ;且类石墨烯片层内部 分布有多孔结构，所述多孔结构的孔大小、孔间距及孔形状可以根据实际需要进行调节；该 结构的材料有效的解决了离子在垂直于石墨烯片层方向上的传输问题。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种类石墨烯材料，所述类石墨烯的片层厚度为0. 3_350nm，片层平面的等效半径 不小于5nm ;且类石墨烯片层内部分布有多孔结构；且所述孔形状为圆形、正方形、三角形、 梯形或六边形，相邻两孔边缘之间的距离（孔间距）大于等于5nm，孔的等效直径大于等于 lnm。所述平面等效半径是指将平面面积换算成一个圆面积时，所述圆的半径；所述孔的等 效直径是指将孔面积换算成圆面积时圆的直径。
[0008] 本发明还包括一种类石墨烯材料的制备方法，主要包括如下步骤：
[0009] 步骤1，原始类碳材料的定向排列：将原始类碳材料定向排列并组装成为宏观体；
[0010] 步骤2,打孔：采用打孔技术对步骤1所述的定向排列的原始类碳材料沿垂直于所 述原始类碳材料的片层平面的方向进行打孔，制备得到平面内部分布有多孔结构的多孔类 碳材料；
[0011] 步骤3,多孔类石墨烯材料的制备：对步骤2制得的多孔类碳材料进行后续处理， 得到多孔类石墨烯材料。
[0012] 作为本发明类石墨烯材料的制备方法的一种改进，步骤1中所述的原始类碳材料 为基本组成单元可以分解为片层结构的碳材料。
[0013] 作为本发明类石墨烯材料的制备方法的一种改进，步骤1中所述的原始类碳材料 为石墨、氧化石墨、氧化石墨烯、石墨烯、氧化石墨烯复合物、石墨烯复合物、B&N复合片层化 合物和云母片中的至少一种。所述氧化石墨烯复合物是指氧化石墨烯与其他功能材料的复 合物，功能材料包括电极材料（如硅、碳等）、导热导电材料（如金属材料）等；所述石墨烯 复合物是指石墨烯与其他功能材料的复合物，功能材料包括电极材料（如硅、碳等）、导热 导电材料（如金属材料）等；所述B&N是指硼氮两种元素构成的片层材料。
[0014] 作为本发明类石墨烯材料的制备方法的一种改进，步骤1中所述的定向排列为将 原始类碳材料沿所述原始类碳材料的片层方向平铺排列。
[0015] 作为本发明类石墨烯材料的制备方法的一种改进，步骤1中所述的定向排列方法 包括气液界面自组装、磁化排布和过滤制作滤饼中至少一种。所述气液界面自组装方法是 指在加热的状况下，片层材料在溶液的表面（即气液两相交接面）自发组装排布的方法；磁 化排布是指在磁场的作用力下，被磁化材料定向排布的方法；过滤制作滤饼的方法是指将 含有片层材料的悬浊液过滤，片层材料沉积并自发形成定向排布的方法。
[0016] 作为本发明类石墨烯材料的制备方法的一种改进，步骤2中所述的打孔方法包括 激光烧蚀、离子轰击和机械打孔中的至少一种。
[0017] 作为本发明类石墨烯材料的制备方法的一种改进，步骤3中所述对多孔类碳材料 进行后续处理为将多片层类石墨材料片层剥离得到片层数不超过1000层的类石墨烯材 料。
[0018] 作为本发明类石墨烯材料的制备方法的一种改进，步骤3中所述对多孔类碳材料 进行后续处理的方法包括机械剥离法、氧化还原法和氧化解理法中的至少一种；剥离后得 到的类石墨烯材料的片层数不超过100层。
[0019] 作为本发明类石墨烯材料的制备方法的一种改进，步骤2所述的多孔类碳材料的 孔形状为圆形、正方形、三角形、多边形，相邻两孔边缘之间的距离大于等于5nm，孔的等效 直径大于等于Inm 0
[0020] 本发明的有益效果在于：与传统的石墨烯不同，本发明所制备的石墨烯内部分布 有孔洞结构，作为电极材料时，不会影响到离子扩散，因此电池具有更好的倍率性能；同时， 本发明提供的造孔方法，造孔时能够实现孔大小、孔间距及孔形状的可控调节，因此能够根 据实际使用需求制备得到具有更佳性能的石墨烯材料，且该方法能够实现大批量多孔类石 墨烯材料的制备，具有广阔的运用前景。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合【具体实施方式】对本发明及其有益效果进行详细说明，但本发明的实施方 式不限于此。
[0022] 比较例1，石墨稀的制备：以鳞片石墨（片层等效直径200um)为原料，加入浓硫 酸、高锰酸钾在6°C下反应2h，之后于40°C下反应30min，再加入去离子水，之后升温至95°C 反应2h即得到氧化石墨；之后纯化、干燥、粉粹得到氧化石墨烯粉；最后于300°C下解理得 到石墨稀。
[0023] 比较例2,石墨稀的制备：以鳞片石墨（片层等效直径500um)为原料，加入浓硫 酸、高锰酸钾在6°C下反应2h，之后于40°C下反应30min，再加入去离子水，之后升温至95°C 反应2h即得到氧化石墨；之后纯化、干燥、粉粹得到氧化石墨烯粉；最后于300°C下解理得 到石墨稀。
[0024] 实施例1，石墨定向排列：将鳞片石墨（片层等效直径200um)、氮甲基吡洛烷酮及 去离子水配置成浆料，之后涂敷在基材上，同时添加强磁场，使得石墨做石墨片层平行于基 材的定向排布，之后烘干固化即得到定向排布的石墨。
[0025] 打孔：采用激光技术，对上述定向排列的石墨打圆孔，孔间距为50um，孔径为5um， 得到含有多孔结构的石墨。
[0026] 多孔石墨烯的制备：将上述涂层中的多孔石墨从基材上剥离下来作为原料，加入 浓硫酸、高锰酸钾在6°C下反应2h，之后于40°C下反应30min，再加入去离子水，之后升温至 95°C反应2h即得到氧化石墨；之后纯化、干燥、粉粹得到氧化石墨烯粉；最后于300°C下解 理得到石墨烯。
[0027] 实施例2,与实施例1不同的是，本实施例包括如下步骤：
[0028] 石墨定向排列：同实施例1。
[0029] 打孔：采用激光技术，对上述定向排列的石墨打圆孔，孔间距为10·，孔径为lum， 得到含有多孔结构的石墨。
[0030] 其余与实施例1相同，不再赘述。
[0031] 实施例3,与实施例1不同的是，本实施例包括如下步骤：
[0032] 石墨定向排列：同实施例1。
[0033] 打孔：采用激光技术，对上述定向排列的石墨打圆孔，孔间距为2um，孔径为 0· 2um，得到含有多孔结构的石墨。
[0034] 其余与实施例1相同，不再赘述。
[0035] 实施例4,与实施例1不同的是，本实施例包括如下步骤：
[0036] 石墨定向排列：同实施例1。
[0037] 打孔：采用激光技术，对上述定向排列的石墨打圆孔，孔间距为0.5um，孔径为 0· lum，得到含有多孔结构的石墨。
[0038] 其余与实施例1相同，不再赘述。
[003