埃尔派知识课堂：石墨烯/氧化铜锂离子电池负极材料的制备工艺

石墨烯/氧化铜复合材料是基于三维纳米结构材料的制备方法合成的，石墨烯能够预防氧化铜在储锂化学反应过程中产生聚集和粉化，氧化铜纳米颗粒能够保持相邻石墨烯片层的分散性。其制备方法主要有模板法、溶胶凝胶法、微波辐射法、自组装技术、一锅合成法、溶剂热合成法等。

模板法

模板法是以金属有机框架作为模板和前驱体，构建不同特性、不同种类的纳米结构金属氧化物和多孔碳材料。

首先，使以金属铜为基体的金属有机框架晶体通过溶液浸泡方法在三维石墨烯网底物的表面均匀生长，随后进行热处理，得到氧化铜贴合在石墨烯表面均匀分布的八面体石墨烯/氧化铜纳米复合材料。

由于高容量八面体氧化铜纳米粒子与表面积大、导电性好的三维网格石墨烯形成了相互连通的多孔结构，且两者之间有协同作用，故复合材料作为电极时性能十分优良。

模板法工艺简单，在前驱体基础上煅烧即可获得所需的纳米多孔状结构材料。但制备过程耗时长，基体表面和内部区域煅烧不彻底，难以去除内部杂质离子。

溶胶凝胶法

溶胶凝胶法是用铜盐加热水解生成氧化铜，将其置入石墨烯的乙醇碱性溶液中，从而得到球状氧化铜被石墨烯均匀分离的复合材料。

溶胶凝胶法工艺流程简单，粒子形貌和大小可控，适合工业化大规模生产。但胶体悬浮液中的有机物会有残留，影响复合材料的性能。

微波辐射法

微波辐射法是利用快速升、降温使晶粒不过度长大，通过微波照射引起溶剂介质内部分子运动摩擦，从而实现快速发热，石墨烯表面内孔和纳米氧化铜线微孔结合，缩短了最小的锂离子传输路径，有效地提高了电化学性能。

微波辐射法可以控制不同晶面的生长速度，得到具有特定形貌的均一生长的纳米结构复合材料，也可增加石墨烯表层的缺陷孔洞，提高吸附在石墨烯表面的活性锂的数量，从而提高石墨烯的理论电容量。但微波辅助技术对实验设备要求较高，实验需在惰性气氛下进行，以减少高能量下的石墨烯/氧化铜材料表面氧化。

自组装技术

自组装技术利用柯肯达尔扩散效应，在硼氢化钠溶液中诱导纳米氧化铜原子向外扩散，从而获得内部中空的氧化铜颗粒，再加入石墨烯片进行超声波分散处理，制备得到氧化铜/石墨烯复合材料。

自组装技术制备的氧化铜纳米球与石墨烯纳米片表面产生协同作用，减少了电极材料的团聚现象，使复合材料的电化学性能得到明显提高。充电过程中，孔隙和通道的存在也提高了电解质进入复合材料内部的能力，增加了放电过程的电容量。但制备过程中，杂质溶液离子也会被石墨烯表层的官能团吸附，使得复合材料的稳定性和循环电化学性能降低。

一锅合成法

一锅合成法是指将多步化学反应放在一起，没有中间产物分离的过程。

通过一锅法将硫酸铜和氨水在碱性条件下反应制备的氧化铜纳米颗粒以原位沉淀方法固定在氨介质中，通过超声辅助还原氧化石墨烯片和石墨表面，制备得到石墨烯/氧化铜复合材料。氧化铜纳米颗粒使石墨烯层具有更大的缺陷密度，可以提供更多的电化学反应活化位点，从而提高复合材料的电化学性能。

一锅合成法效率高、操作简便，但实验标准和操作要求较高。

溶剂热合成法

溶剂热合成法是溶剂在高温、高压状态下发生加速离子反应和促进分解的化学反应，是目前常见的制备石墨烯/氧化铜复合材料的方法之一。

溶剂热合成法工艺简单，反应时间短，制备的复合材料基体分散性好，但容易吸附溶液离子。此外，在碱性条件下水热生长纳米状氧化铜会出现OH-浓度过高的情况，甚至有氢氧化铜的沉淀产生。

循环充放电过程中，片层状石墨烯为电解液中锂离子和电子提供了快速传输通道，而Cu-O键的存在则避免了石墨烯层在放电过程出现团聚。但纳米颗粒之间的少量接触不能保证循环前后的稳定性，可以考虑增加石墨烯表面缺陷程度以连接更多的纳米氧化铜颗粒，从而提高复合材料的稳定性。