[發明專利]一種鋁離子電池正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201610390212.4
• 申請日: 2016-06-03
• 公開（公告）號: CN107464931A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 錢立德
• 申請（專利權）人: 福建新峰二維材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/133;H01M4/1393;H01M10/054
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明涉及金屬離子電池領域，尤其涉及一種鋁離子電池正極材料的制備方法。

背景技術

因鋁具有成本低廉、不容易燃燒且有很高電荷存儲容量等優點，所以可充電鋁電池具有成本低、容量高、安全性高，可以突破現有的儲能技術。在研制鋁離子電池領域一直未獲成功，其關鍵在于未找到合適的正極材料和電解質材料，讓鋁電池在不斷充放電循環后仍然能產生有效電壓。

美國斯坦福大學研究人員發現一種新型石墨材料，可作為鋁離子電池的正極。研究人員在實驗中將鋁制成的負極和由石墨組成的正極，再加上離子液體電解質，制備出鋁離子電池。該鋁離子電池使用3D石墨作為正極材料，表現出優異的充放電循環穩定性，經過7500次充放電循環后容量沒有明顯衰減。但其放電比容量非常低，只有約65mAh/g，在實際應用中應用范圍窄，無法做到完全替代如鋰離子電池、鉛酸電池和鎳氫電池等蓄電池。

本發明在于通過改進正極材料來增加電池的電壓和能量密度，最終提升鋁離子電池的容量。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種鋁離子電池正極材料的制備方法，使鋁離子電池在保持優異循環穩定性和倍率性能的情況，提升電池比容量，擴大電池的應用范圍。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：清洗泡沫金屬；在泡沫金屬上沉積多層石墨烯；去除沉積多層石墨烯后的泡沫金屬；在去除泡沫金屬后形成的三維石墨烯表面上形成多孔洞；清洗及干燥形成多孔洞后的三維石墨烯。

進一步的，在三維石墨烯表面上形成多孔洞為通過激光輻射、碳熱還原反應、氦離子轟擊或電子束照射的方式。

進一步的，所述激光刻蝕為：將三維石墨烯置于激光功率為200-1000mw，光斑尺寸為10-80um下，然后通過移動激光頭在三維石墨烯上點動出光刻蝕石墨烯，最終在三維石墨烯上形成無數個孔徑為10-80um的孔洞。

進一步的，所述碳熱還原反應為：在三維石墨烯上滴涂0.1-20mM的金屬氧酸鹽或多金屬氧酸鹽溶液，然后加熱到40-60℃，持續8-20h后，在三維石墨烯表面形成無數個10-1000nm的顆粒狀金屬氧化物，然后以5-30℃/min的升溫速率升溫到600-700℃，持續1-5h的碳熱反應后，卻到室溫，然后將放入1-5M的HCl溶液中浸泡1-7天，去除三維石墨烯表面的含金屬物如金屬或金屬碳化物，形成多孔石墨烯。

進一步的，所述金屬氧酸鹽為Na₂MoO₄、Na₂WO₄、Na₂AlO₂、Na₂SnO₃、K₂TiO₃或K₂MnO₄中的一種，所述多金屬氧酸鹽為(NH₄)₆Mo₇O₂₄或H₃PMo₁₂O₄中的一種。

進一步的，所述步驟清洗泡沫金屬包括：將泡沫金屬依次用丙酮、無水乙醇、去離子水依次超聲清洗5-30min，然后取出用高純氮氣吹干。

進一步的，所述步驟在泡沫金屬上沉積多層石墨烯為：將清洗后的泡 沫金屬放入有保護氣和氫氣的CVD管式爐，加熱至800-1300℃后持續5-20min；通入碳源氣體，5-30min后關閉碳源氣體；在保護氣和氫氣的保護下以200-350℃/min的速率快速冷卻至室溫，然后關閉保護氣和氫氣。

進一步的，所述保護氣為氬氣或氖氣，保護氣流速為300-800sccm，氫氣流速為100-300sccm；所述碳源氣體為甲烷、甲醇、乙醇、乙烷、乙炔、或乙烯中的一種或多種，碳源氣體的流速為5-20sccm，優選為10-15sccm。

進一步的，所述步驟去除沉積多層石墨烯后的泡沫金屬包括：在負載有多層石墨烯的泡沫金屬表面均勻的涂上一層PMMA溶液；然后在60-120℃下烘烤5-30min，使溶劑完全揮發，得到PMMA/石墨烯/泡沫金屬結構；將得到的PMMA/石墨烯/泡沫金屬結構放入50-80℃的酸溶液中浸泡1-10h，使泡沫金屬完全反應掉，得到PMMA/石墨烯；然后在丙酮中浸泡1-3h，將PMMA除去，接著在去離子水中浸泡洗10-30min；最后通過冷凍干燥得到純凈的三維石墨烯；所述酸溶液為鹽酸、過硫酸銨。