[發明專利]一種蓄電池用石墨烯材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201611245333.6
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106602026A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 王維根
• 申請（專利權）人: 南京悠谷知識產權服務有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本申請屬于石墨烯材料的制備領域，尤其涉及一種蓄電池用石墨烯材料及其制備方法。

背景技術

石墨烯的微觀構造，是一個由碳原子所組成的網狀結構。因為具有極限的薄度(只有一層原子的厚度)，所以陽離子的移動所受限制很小。同時正因為具有網狀結構，由石墨烯所制成的電極材料也擁有充分的孔洞。從微觀的角度看蓄電池的充放電過程，實際上是一個陽離子在電極中“鑲嵌”和“脫離”的過程。所以，如果電極材料中的孔洞越多，則這個過程進行的越迅速。在宏觀的角度看則表現為蓄電池充放電的速度越快。。

石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數百倍。

2016年12月，根據華為中央研究院瓦特實驗室最新發布的消息稱，華為已經在鋰離子電池領域實現重大研究突破，將會推出業界首個高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池。主要特色是借助新型耐高溫技術，可以將鋰離子電池上限使用溫度提高10℃，而使用壽命則是普通鋰離子電池的2倍。此外，華為官方人士還表示華為快充電池已經商用，并將在本月底推出的超級快充手機。

華為石墨烯基電池的突破主要來自三個方面，首先是在電解液中加入特殊添加劑，除去痕量水，避免電解液的高溫分解，其次，電池正極選用改性的大單晶三元材料，提高材料的熱穩定性；此外，由于采用新型材料石墨烯，可實現鋰離子電池與環境間的高效散熱。

實際上石墨烯本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結構。石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。

在發現石墨烯以前，大多數物理學家認為，熱力學漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以，它的發現立即震撼了凝聚體物理學學術界。雖然理論和實驗界都認為完美的二維結構無法在非絕對零度穩定存在,但是單層石墨烯在實驗中被制備出來。

石墨烯具有完美的二維晶體結構，它的晶格是由六個碳原子圍成的六邊形，厚度為一個原子層。碳原子之間由σ鍵連接，結合方式為sp2雜化，這些σ鍵賦予了石墨烯極其優異的力學性質和結構剛性。石墨烯的硬度比最好的鋼鐵強100倍，甚至還要超過鉆石。在石墨烯中，每個碳原子都有一個未成鍵的p電子，這些p電子可以在晶體中自由移動，且運動速度高達光速的1/300，賦予了石墨烯良好的導電性。石墨烯是新一代的透明導電材料，在可見光區，四層石墨烯的透過率與傳統的ITO薄膜相當，在其它波段，四層石墨烯的透過率遠遠高于ITO薄膜。

石墨烯的出現在科學界激起了巨大的波瀾。人們發現，石墨烯具有非同尋常的導電性能，超出鋼鐵數十倍的強度和極好的透光性，它的出現有望在現代電子科技領域引發一輪革命。在石墨烯中，電子能夠極為高效地遷移，而傳統的半導體和導體，例如硅和銅遠沒有石墨烯表現得好。由于電子和原子的碰撞，傳統的半導體和導體用熱的形式釋放了一些能量，2013年一般的電腦芯片以這種方式浪費了72%-81%的電能，石墨烯則不同，它的電子能量不會被損耗，這使它具有了非比尋常的優良特性。

石墨烯電池，利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發出的一種新能源電池。

中科院重慶綠色智能技術研究院的研究人員在展示單層石墨烯產品的超強透光性和柔性。隨著社會城市化、科技化、人性化的發展，設計一種工藝簡單、穩定性好且質量和產率易控制的蓄電池用石墨烯材料及其制備方法，以滿足市場需求，是非常必要的。

發明內容

解決的技術問題：

本申請針對現有石墨烯復合物質量和產率低、穩定性差和操作復雜等技術問題，提供一種蓄電池用石墨烯材料及其制備方法。

技術方案：

一種蓄電池用石墨烯材料，所述蓄電池用石墨烯材料的原料按重量份數配比如下：二甲苯100份，石墨5-45份，氟硅酸1-5份，錳酸鋰2-6份，氫化鈉1.5-5.5份，四氟硼酸四乙基銨20-60份，硝酸銫6-10份，聚丙烯腈3-7份，丁內酯4-8份，蛭石0.3-0.5份，二甲基肼5-25份，庚烷0.5-4.5份，丁醇15-35份，丙烯酸20-40份，六偏磷酸鈉10-30份。