[發明專利]一種石墨烯正極極片、其制備方法及鋁-石墨烯電池

有效

• 申請號: 201810373561.4
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108493397B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 黃赫然;周旭峰;劉兆平
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M10/054
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種石墨烯正極極片的制備方法，包括以下步驟：a)將石墨烯分散至水中，攪拌得到石墨烯分散液；b)將步驟a)得到的石墨烯分散液稀釋后，依次進行震蕩、抽濾和凍干，得到石墨烯薄膜；c)將步驟b)得到的石墨烯薄膜進行輥壓，再在氬氣保護下進行退火處理，冷卻后，得到石墨烯正極極片。與現有技術相比，本發明采用特定工藝制備得到石墨烯正極極片，該產品同時具有高晶粒取向、大尺寸片層和少缺陷；同時，采用本發明提供的制備方法得到的石墨烯正極極片進一步得到的鋁?石墨烯電池具有優異的性能。實驗結果表明，本發明提供的鋁?石墨烯電池在100A/g恒流充放電下，經過27000次循環后容量依然保持在在0.10Ah/g以上。

技術領域

本發明涉及鋁離子電池技術領域，更具體地說，是涉及一種石墨烯正極極片、其制備方法及鋁-石墨烯電池。

背景技術

鋁是一種性能優異的金屬負極，其理論比容量高達2980mAhg^-1，并且鋁的導電性良好，反應速率快。同時，鋁在地殼中的豐度高，相比于其它金屬負極(如鋰、鈉等)，其價格低廉且盛傳工藝成熟。另外，鋁在空氣中化學性質穩定，且有較高的化學電動勢(1.38V vsLi/Li⁺)。但是，目前市面上鋁離子電池在循環性能、倍率性能、功率密度等方面依然無法和成熟的商業鋰電池相比。

在過去幾十年，研究人員致力于研發商業可行的鋁離子電池。如公開號為CN106602062A的中國專利公開了一種石墨烯氣凝膠正極材料的制備方法及其在鋁離子電池中的應用，以超高導石墨烯氣凝膠為正極、以鋁金屬或鋁合金為負極制備得到鋁離子電池。其采用的石墨烯是一種新興的二維材料，具有優異的導電性、極高的比表面積和超常的楊氏模量等性能，并且這些性能正被高倍率電池正極所需要。但是，上述文獻及其他現有技術多著眼于石墨烯正極的導電性而未關注石墨烯正極的微觀結構，制備得到的石墨烯正極極片很少同時具備高取向、大片層、低缺陷的特性，對提高鋁離子電池的性能存在一定局限。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種石墨烯正極極片、其制備方法及鋁-石墨烯電池，采用本發明提供的制備方法得到的石墨烯正極極片同時具有高晶粒取向、大尺寸片層和少缺陷，進一步得到的鋁-石墨烯電池具有優異的性能。

本發明提供了一種石墨烯正極極片的制備方法，包括以下步驟：

a)將石墨烯分散至水中，攪拌得到石墨烯分散液；

b)將步驟a)得到的石墨烯分散液稀釋后，依次進行震蕩、抽濾和凍干，得到石墨烯薄膜；

c)將步驟b)得到的石墨烯薄膜進行輥壓，再在氬氣保護下進行退火處理，冷卻后，得到石墨烯正極極片。

優選的，步驟a)中所述石墨烯為商品石墨烯漿料；所述商品石墨烯漿料的濃度為1wt％～10wt％，平均層數為1層～5層，晶粒尺寸為4μm～10μm。

優選的，步驟b)中所述稀釋的倍率為1倍～50倍。

優選的，步驟b)中所述震蕩的方式為超聲振蕩；所述超聲振蕩的水浴溫度25℃～40℃，時間為30min～180min。

優選的，步驟b)中所述凍干的溫度為-70℃～-50℃，時間為24h～60h。

優選的，步驟c)中所述輥壓的壓力為5MPa～80MPa。

優選的，步驟c)中所述退火處理的溫度為900℃～2800℃，時間為10min～720min。

本發明還提供了一種石墨烯正極極片，由權利要求1～7任一項所述的制備方法制備得到。

本發明還提供了一種鋁-石墨烯電池，包括正極極片、鋁箔負極極片、隔膜和電解液；

所述正極極片為上述技術方案所述的石墨烯正極極片或上述技術方案所述的制備方法制備得到的石墨烯正極極片。