[發明專利]一種石墨烯電池

在審

• 申請號: 201610129171.3
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN105576242A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 王永秋;張涵;張韻詩
• 申請（專利權）人: 黑龍江聚攏華璽智能科技有限公司
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/38;H01M4/139;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電池技術領域，尤其涉及一種石墨烯電池。

背景技術

隨著人類社會的發展，人們對能源的需求量越來越大，煤、石油、天然氣等化石能源依然是目前能源供應的主體，但化石能源是不可再生能源，化石能源的口益枯竭是人類社會發展面臨的一大挑戰。同時這些燃料也是環境污染的主要來源，尋找新型可再生的清潔能源成為當今世界的主旋律。化學電源替代原始的化石能源能夠有效地緩解能源問題及環境污染問題，其中二次電源的發展有效地推進了化學電源的發展。隨著電子器件的小型化，對多功能便攜式的高容量電源的需求逐漸增大，鏗離子電池由于其優良的性能脫穎而出，成為二次電源中的主要類型。

石墨烯具有優良的電子傳導性、大的比表面積（2600m²/g），良好的熱學性能和機械性質，使其成為能源、化工、生物等多領域的研究熱點。在儲鋰性能方面，石墨烯的理論容量達到744mAh/g，優于石墨（理論容量：372mAh/g），并且石墨烯能增加與鏗的結合位點，使得石墨烯成為取代石墨作為鏗離子負極材料的選擇之一。但研究表明，單純的石墨烯作為鏗離子電池負極材料存在一定的缺陷，如:首次循環過程中不可逆程度大，容量損失多，在后續循環中庫侖效率低等，所以與其他材料復合制備復合材料成為優化石墨烯負極材料的首選方法。然而在充放電過程中，硅的脫嵌鋰反應伴隨著硅體積的劇烈變化（>300%），引起電池內部高壓，導致電極粉碎，活性物質的脫落，使得電極循環性能惡化，電池容量急劇降低。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的一種石墨烯電池。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：一種石墨烯電池，包括前電極、石墨烯/納米硅復合電極片、半導體和背電極，所述前電極對稱設置在石墨烯/納米硅復合電極片的上端，所述半導體設置在石墨烯/納米硅復合電極片與背電極之間。

優選的，所述前電極、石墨烯/納米硅復合電極片、半導體和背電極的厚度比為3~4:1:5~6:2~3。

本發明還提出了一種石墨烯電池的石墨烯/納米硅復合電極片制備方法，包括如下步驟：

S1、納米硅的處理：稱取一定量的納米硅，放入聚四氟乙烯容器中，加入10mL無水乙醇溶劑后，攪拌下加入對應量的氫氟酸溶液，處理一定時間后，靜置分層，倒出上層清液，再加入10mL無水乙醇攪拌處理納米硅的清洗后分層，處理3-4遍后，放入真空干燥箱75⁰C干燥。氫氟酸溶液作用是除去納米硅表面的氧化物，反應方程式如下所示:

Si0₂(s)+6HF(aq)==H₂(SiF₆)(aq)+2H₂0(1)；

S2、氧化石墨烯、納米硅分散液的制備：稱取一定量的氧化石墨烯GO-1與GO-2,HF酸處理后的納米硅粉，加入一定量的去離子水，分別超聲2h和15min直至形成分散系，備用；

S3、氧化石墨烯/納米硅薄片制備：將超聲分散好的兩種氧化石墨烯、納米硅粉混合，超聲1h，得到氧化石墨烯/納米硅的混合分散液，待分散液降至室溫后，用直徑50mm和孔徑0.22微米的濾膜過濾；

S4、石墨烯/納米硅復合電極片的制備：將得到的氧化石墨烯/納米硅薄片，放入陶瓷舟后在管式氣氛爐中進行高溫還原，在1:9v/v，100mL/min的H2/Ar氣流下，控制還原溫度和還原時間，得到具有銀灰石墨烯/納米硅復合電極片。

本發明提供的一種石墨烯電池，與現有技術相比，本發明采用的是用氧化石墨烯與納米硅液相混合制備氧化石墨烯/納米硅材料，再通過高溫熱還原制備石墨烯/納米硅復合材料，該方法制備出的復合材料缺陷少，電池穩定性好，有利于促進石墨烯/納米硅復合材料實際應用于鋰離子電池中，而制備的石墨烯/納米硅復合材料作為電池材料，結合了兩者的優點，其首次容量較高，電池穩定性較好，循環30次后容量仍能穩定在600mAh/g以上。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本本發明的剖視圖。

圖中：1前電極、2石墨烯/納米硅復合電極片、3半導體、4背電極。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。