[發明專利]石墨烯的制備方法及在電池中的應用

在審

• 申請號: 201610105918.1
• 申請日: 2016-02-26
• 公開（公告）號: CN105502347A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 楊云勝;楊星;郭顥;蔣偉良
• 申請（專利權）人: 江蘇中亞新材料股份有限公司
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;C01B31/04;H01M4/583;H01M4/1393;H01M4/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及化學電源技術領域，特別是石墨烯的制備方法及在電池中的應用。

背景技術

目前市場上有兩種電池：一種名為一次電池，另一種名為二次電池，這兩種電池在被人們廣泛運用。一次電池：為一次性電池，不可充電，如堿性電池等；通常一次電池有正極、負極，電解液以及容器和隔膜等組成，正極材料主要為MnO2、石墨棒；但這類電池的穩定性不高，電池壽命較短，無回收價值，在高溫下作業性能差。二次電池中的鋰離子電池為一種新型的高能二次電源，相比于鎳-鎘電池、鎳氫電池等具有比能量大、放電電壓平衡、電壓高、低溫性能好、對環境友好、安全性能優越、無記憶效應和循環壽命長等優點。自1991年Sony公司將鋰離子電池首次商用以來，石墨一直作為商業化鋰離子電池的負極材料。然而，石墨的理論比容量僅為372mAh/G，且實際商業化應用中其比容量也已接近這一個理論值，致使在充放電過程中，石墨層間距改變，易造成石墨層剝落、粉化，還會發生鋰與有機溶劑共同嵌入石墨層及有機溶劑分解，將影響電池循環性能，大大限制了鋰離子電池容量的進一步提高。所以，開發研究具有高比容量的負極材料十分迫切。

發明內容

針對上述缺陷，本發明的目的在于提供石墨烯的制備方法及在電池中的應用，是將石墨烯制作成一定形狀，分別作為一次電池的正極或二次電池的負極。

本發明采用的技術方案是：石墨烯的制備方法，以質量份計，包括以下步驟：1）組分配比、2）干混形成半粉體物料、3）模壓成圓柱坯體、4）擠壓成棒狀毛坯；其特征在于：

1）、組分配比：取石墨烯0~5份，石油焦0~5份，瀝青3份，所述組分質量配比中石墨烯、石油焦及瀝青總質量配比為8份，且所述的石墨烯與石油焦質量配比不能同時為零：

2）、干混形成半粉體物料：將石墨烯與石油焦在170~190℃條件下經混捏機干混30~90min，混合均勻后再加入軟化點為80~120℃的瀝青進行濕混30~90min，使其形成半粉體物料；

3）、模壓成圓柱坯體：將半粉體物料料置于預成型模腔中，在0.2~0.3Mpa壓力下模壓成圓柱坯體；

4）、擠壓成棒狀毛坯：將圓柱坯體放在擠壓成型模腔中擠壓，制成尺寸規格可調整的棒狀毛坯。

所述的石墨烯在一次電池中的應用，其特征在于：將棒狀毛坯進行切段處理，插在金屬外殼中間作為一次電池的正極，金屬外殼內設有隔離層，隔離層內設有負極，負極材料為鋅片電解質；石墨烯棒頂端加一銅帽，石墨烯棒周圍填滿去極化擠，去極化擠與負極之間設置有電解液，后通過瀝青封裝制成電池。

所述的石墨烯在二次電池中的應用，其特征在于：將棒狀毛坯壓制成孔徑為50~150μm的石墨烯顆粒，通過離子噴涂設備噴涂在金屬銅薄板表面，后通過壓延設備將石墨烯強行壓入金屬銅材料內，使石墨烯層緊緊的貼附于金屬銅材料層上形成石墨烯復合材料；再將其進行裁剪作為二次電池上的負極，與正極及介于其間的隔離層按順序層疊或者螺旋狀纏繞而形成電芯，再把電芯裝入電池外殼中，注入電解液，密封制成二次電池。

本發明，使用石墨烯材料作為一次電池中的正極材料與二次電池中的負極材料，大大提高了一次電池的電池壽命，質量較輕，穩定性較好；大大提高了二次電池的電池壽命，并提高了充電效率。

附圖說明

圖1是一次電池的結構圖。

圖2是二次電池的結構圖。

圖中：1為正極、2為負極、3為電解液、4為隔離層、5為金屬外皮。

具體實施方式

實施例1：

石墨烯的制備方法，以質量份計，包括以下步驟：

1）、組分配比：配方包括石墨烯、石油焦及瀝青，各組分質量配比為：石墨烯1份，石油焦4份，瀝青3份；

2）、干混形成半粉體物料，將石墨烯與石油焦在180℃條件下經混捏機干混60min，混合均勻后再加瀝青軟化點為100℃，進行濕混60min，使其形成半粉體物料；

3）、模壓成圓柱坯體，將步驟2所得半粉體物料置于預成型模腔中模壓成型，在0.3Mpa壓力條件下模壓成圓柱坯體；

4）、擠壓成棒狀毛坯，將步驟3所得圓柱坯體放在擠壓成型模腔中擠壓，制成尺寸規格可調整的棒狀毛坯。

實施例2：

石墨烯的制備方法，以質量份計，包括以下步驟：

1）、組分配比：配方包括石墨烯、石油焦及瀝青，各組分質量配比為：石墨烯2份，石油焦3份，瀝青3份；