一種鋰離子電池用石墨烯電極片的靜電植絨制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新材料和電化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種新型儲能材料以及可充放電的鋰離子電池石墨烯負(fù)極材料及其靜電植絨制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池于上個世紀(jì)90年代開始蓬勃發(fā)展以來，就以其比能量高、工作電壓高、應(yīng)用溫度范圍寬、自放電率低、使用壽命長、無污染等獨(dú)特的優(yōu)勢而備受關(guān)注，并在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)以及微型計(jì)算機(jī)中廣泛使用。近年來，為應(yīng)對汽車工業(yè)迅猛發(fā)展帶來的諸如壞境污染、石油資源急劇消耗等負(fù)面影響，美國、日本、中國等國家都在積極開展采用清潔能源的電動汽車EV以及混合動力車HEV的研發(fā)工作。而鋰電池作為未來電動汽車最主要的候選動力電源，具有成本低廉，已成為國際動力電池領(lǐng)域的主要研宄熱點(diǎn)。
[0003]目前，最常用鋰離子電池負(fù)極材料有碳材料(如硬炭、軟炭、天然石墨和石墨化中間相碳微球等)和非碳材料(如錫基氧化物、硅基氧化物和鈦基材料等)，而在這些材料中，碳材料的成本低，且技術(shù)成熟，已進(jìn)入一種商業(yè)化模式，尤其是納米尺度的負(fù)極材料，由于具有較高的比表面積，在負(fù)極材料的發(fā)展中起到了重要的作用。其中，石墨烯作為一種最新型的納米碳材料，發(fā)現(xiàn)至今才短短10年多，就在作為鋰離子電池負(fù)極材料方面有了很大的進(jìn)展，石墨烯作為鋰離子負(fù)極材料具有非常優(yōu)異的電子導(dǎo)電性(電子迀移率為15000cm2V-lS-l)和導(dǎo)熱性(導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W m-lK-1)，這些特點(diǎn)都使石墨烯成為鋰離子電池負(fù)極材料的首選研宄材料。
[0004]傳統(tǒng)的制備鋰離子電池用負(fù)極片的過程是，將石墨烯研磨、過篩，然后加入一定量的導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑進(jìn)行混合，再加以一定量的分散劑，經(jīng)過一段時間的研磨至混合物均勻的成為粘稠的漿料，然后將漿料涂在銅箔上，再置于真空干燥箱中烘干后待用，這種制備方法工藝復(fù)雜，且粘結(jié)劑的添加有可能會堵塞部分活性材料的表面微孔，以致影響材料的性能。2006 年，Chan Kim(Adv.Funct.Mater.2006，16，2393-2397)等人用靜電紡絲的方法制備了 PAN納米纖維氈，這種纖維氈經(jīng)過燒結(jié)成為碳納米纖維負(fù)極膜材料，不用添加粘結(jié)劑和導(dǎo)電材料便可以直接使用。2013年，Kun Fu(Adv.mater.2013)等人用碳納米管做成碳納米sheets，然后用化學(xué)氣相沉積的方法先沉積上硅，再沉積上碳，不僅不用添加粘結(jié)劑和導(dǎo)電材料，而且不需要使用銅箔做集流體。目前專利中還沒有使用靜電植絨的方法制得石墨烯鋰離子電池的報道。通過此方法制備條件溫和，設(shè)備簡單，操作安全易行，性質(zhì)穩(wěn)定，充放電測試穩(wěn)定具有良好的電化學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯的鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于采用濕法紡絲的方法制得有一定取向的氧化石墨烯絲狀物，烘干后得到石墨烯絲狀物，再研磨成的具有一定長徑比而且顆粒均勻的材料，然后通過靜電植絨法快速將鋰離子石墨烯負(fù)極材料植到銅箔上，最后做成鋰離子電池。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池用石墨烯電極片的靜電植絨制備方法，其特征在于，包括:
[0007]步驟1:將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%?10%的氧化石墨烯液晶溶液用針頭直徑為10um?500um的注射器注射到乙酸乙酯中；
[0008]步驟2:將步驟I中得到的氧化石墨烯絲狀物取出放入到玻璃培養(yǎng)皿中，然后放入到溫度為40?80°C的干燥箱中烘干4?8小時，得到石墨烯絲狀物材料；
[0009]步驟3:烘干后取出玻璃培養(yǎng)皿中的石墨烯絲狀物放入研缽研磨成石墨烯顆粒；
[0010]步驟4:將步驟3中得到的石墨烯顆粒在靜電植絨裝置的負(fù)極板上鋪平，所述的靜電植絨裝置包括高壓發(fā)生器，高壓發(fā)生器連接負(fù)極板和正極板，所述的正極板上放涂有粘結(jié)劑的銅箔，兩極板的距離為1cm?20cm，高壓發(fā)生器電壓為15KV?50KV ；
[0011]步驟5:將步驟4制得的材料放入到溫度為40°C?80°C的真空干燥箱中干燥8?12小時，得到鋰離子電池用石墨烯電極片。
[0012]優(yōu)選地，，所述的步驟3中，石墨稀顆粒的長徑比為1-10。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0014]1、本發(fā)明方法可以將石墨烯鋰電池負(fù)極材料均勻垂直密集的分布在銅箔上，得到的石墨烯鋰電池具有良好的充放電循環(huán)性能和較高的比容量。
[0015]2、整個工藝過程簡單迅速，產(chǎn)率高。
[0016]3、與之前的制備石墨烯鋰電池負(fù)極材料過程相比，設(shè)備簡單，操作容易，均勻穩(wěn)定，充放電測試具有良好的電化學(xué)性能。
【附圖說明】
[0017]圖1為靜電植絨裝置的示意圖；
[0018]圖2是實(shí)施例2鋰離子電池銅箔的SEM圖；
[0019]圖3是實(shí)施例2靜電植絨法所得到的石墨烯材料作為鋰離子負(fù)極50mA/g的電池的比容量-電壓曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0021]實(shí)施例1
[0022]一種鋰離子電池用石墨烯電極片的靜電植絨制備方法，具體步驟為:
[0023]步驟1:將氧化石墨烯分散到水中得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氧化石墨烯液晶溶液，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氧化石墨烯液晶溶液用針頭直徑為300um的注射器注射到乙酸乙酯中；
[0024]步驟2:將步驟I中得到的氧化石墨烯絲狀物取出放入到玻璃培養(yǎng)皿中，然后放入到溫度為80°C的干燥箱中烘干8小時，得到石墨烯絲狀物材料；
[0025]步驟3:烘干后取出玻璃培養(yǎng)皿中的石墨烯絲狀物放入研缽研磨成長徑比為1-10的石墨稀顆粒；
[0026]步驟4:將步驟3中得到的石墨烯顆粒在靜電植絨裝置的負(fù)極板上均勻鋪平，如圖1所示，所述的靜電植絨裝置包括高壓發(fā)生器1，高壓發(fā)生器I連接負(fù)極板2和正極板3，所述的正極板上放涂有PVDF粘結(jié)劑的銅箔，兩極板的距離為10cm，高壓發(fā)生器電壓為40KV ;
[0027]步驟5:將步驟4制得的材料放入到溫度為80°C的真空干燥箱中干燥12小時，得到鋰離子電池用石墨烯電極片。
[0028]將制成的鋰離子電池作為負(fù)極片，在充滿氬氣的手套箱中進(jìn)行模擬電池的裝配。將裝配好的模擬電池在電池測試系統(tǒng)上測試，充放電電壓范圍為0.1V-2.0V,電流密度為50mA/go
[0029]實(shí)施例2
[0030]一種鋰離子電池用石墨烯電極片的靜電植絨制備方法，具體步驟為:
[0031]步驟1:將氧化石墨烯分散到水中得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氧化石墨烯液晶溶液，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的氧化石墨烯液晶溶液用針頭直徑為300um的注射器注射到乙酸乙酯中；
[0032]步驟2:將步驟I中得到的氧化石墨烯絲狀物取出放入到玻璃培養(yǎng)皿中，然后放入到溫度為80°C的干燥箱中烘干8小時，得到石墨烯絲狀物材料；
[0033]步驟3:烘干后取出玻璃培養(yǎng)皿中的石墨烯絲狀物放入研缽研磨成長徑比為1-10的石墨稀顆粒；
[0034]步驟4:將步驟3中得到的石墨烯顆粒在靜電植絨裝置的負(fù)極板上均勻鋪平，如圖1所示，所述的靜電植絨裝置包括高壓發(fā)生器1，高壓發(fā)生器I連接負(fù)極板2和正極板3，所述的正極板上放涂有PVDF粘結(jié)劑的銅箔，兩極板的距離為10cm，高壓發(fā)生器電壓為40KV ;如圖2所示，為實(shí)施例2鋰離子電池銅箔的SEM圖。
[0035]步驟5:將步驟4制得的材料放入到溫度為80°C的真空干燥箱中干燥12小時，得到鋰離子電池用石墨烯電極片。
[0036]將制成的鋰離子電池作為負(fù)極片，將制成的電極片在充滿氬氣的手套箱中進(jìn)行模擬電池的裝配。將裝配好的模擬電池在電池測試系統(tǒng)上測試，充放電電壓范圍為0.01V-2.0V,電流密度為50mA/g。如圖3所示，是實(shí)施例2靜電植絨法所得到的石墨烯材料作為鋰離子負(fù)極50mA/g的電池的比容量-電壓曲線。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋰離子電池用石墨烯電極片的靜電植絨制備方法，其特征在于，包括: 步驟1:將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%?10%的氧化石墨烯液晶溶液用針頭直徑為10um?500um的注射器注射到乙酸乙酯中； 步驟2:將步驟I中得到的氧化石墨烯絲狀物取出放入到玻璃培養(yǎng)皿中，然后放入到溫度為40?80°C的干燥箱中烘干4?8小時，得到石墨烯絲狀物材料； 步驟3:烘干后取出玻璃培養(yǎng)皿中的石墨烯絲狀物放入研缽研磨成石墨烯顆粒； 步驟4:將步驟3中得到的石墨烯顆粒在靜電植絨裝置的負(fù)極板上鋪平，所述的靜電植絨裝置包括高壓發(fā)生器，高壓發(fā)生器連接負(fù)極板和正極板，所述的正極板上放涂有粘結(jié)劑的銅箔，兩極板的距離為1cm?20cm，高壓發(fā)生器電壓為15KV?50KV ； 步驟5:將步驟4制得的材料放入到溫度為40°C?80°C的真空干燥箱中干燥8?12小時，得到鋰離子電池用石墨烯電極片。2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池用石墨烯電極片的靜電植絨制備方法，其特征在于，所述的步驟3中，石墨烯顆粒的長徑比為1-10。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鋰離子電池用石墨烯電極片的靜電植絨制備方法，其特征在于，包括：將氧化石墨烯液晶溶液注射到乙酸乙酯中；將得到的氧化石墨烯絲狀物取出放入到玻璃培養(yǎng)皿中，烘干得到石墨烯絲狀物材料；烘干后取出玻璃培養(yǎng)皿中的石墨烯絲狀物放入研缽研磨成石墨烯顆粒；將得到的石墨烯顆粒在靜電植絨裝置的負(fù)極板上鋪平，所述的靜電植絨裝置包括高壓發(fā)生器，高壓發(fā)生器連接負(fù)極板和正極板，所述的正極板上放涂有粘結(jié)劑的銅箔；真空干燥，得到鋰離子電池用石墨烯電極片。本發(fā)明可以將石墨烯鋰電池負(fù)極材料均勻垂直密集的分布在銅箔上，得到的石墨烯鋰電池具有良好的充放電循環(huán)性能和較高的比容量。
【IPC分類】H01M4/133, H01M4/1393, H01M10/0525
【公開號】CN104916812
【申請?zhí)枴緾N201510336933
【發(fā)明人】邱夷平, 許昌亮, 姚瀾, 張長歡
【申請人】東華大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月17日