[發明專利]一種石墨烯正極片異質結摻雜的制備方法

在審

• 申請號: 201810516522.5
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108878173A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 紀偉偉;丁飛;倪旺;許寒;劉逸俊
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/36;H01G11/50;H01G11/06
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

本發明涉及一種石墨烯正極片異質結摻雜的制備方法。本發明屬于化學電源技術領域。一種石墨烯正極片異質結摻雜的制備方法，采用等離子體增強化學氣相沉積法摻雜異質結元素，工藝過程：1)將石墨烯材料、導電劑、粘結劑混合，溶解于有機溶劑中形成前驅體溶液，通過刮涂或搟膜方式制備石墨烯正極片；有機溶劑優選NMP或乙醇；2)將石墨烯正極片在真空100?150℃條件下，保持12?24h；3)將石墨烯正極片于PECVD設備抽真空至8*10^?4Pa；4)將硼烷或磷烷通入PECVD設備起輝，硼烷、磷烷氣體分解，對石墨烯正極片進行摻雜。本發明石墨烯異質結的摻雜不再局限于化學方法，其使用范圍明顯拓寬，同時具有安全性高、易于制備和大規模生產等優點。

技術領域

本發明屬于化學電源技術領域，特別是涉及一種石墨烯正極片異質結摻雜的制備方法。

背景技術

由于能源危機和環境污染帶來的問題日益嚴重，為了降低對燃油的消耗，研發電動汽車的工作變得日益緊迫。目前技術最成熟的電動汽車用動力電源(動力電池)是鋰離子電池。但是鋰離子電池的功率密度低，不能大電流充電，導致充電時間過長，在實際應用中帶來諸多不便。此外，鋰離子電池還存在著循環壽命短的問題，在實際應用中，由于電池組的頻繁更換帶來極高的使用成本，進一步限制了電動汽車的普及。

為了解決這些問題，人們不斷嘗試改進鋰離子電池的電化學性能，甚至研發新型的電源，以取代鋰離子電池。在新型電源的研發工作中，Nanotek儀器提出了一種被稱為石墨烯表面鋰離子交換電池的新型電池，也被稱為石墨烯表面鋰離子交換電池。該電池通過材料表面吸附鋰離子和表面氧化還原反應進行儲能，這種儲能機理決定了其具有高功率密度的特性，可以進行快速的充放電，其充電時間可以少于1分鐘。同時，由于電極結構在充放電過程中不發生改變，使得該新型電池具有極高的循環壽命。而報道中未做優化的石墨烯表面鋰離子交換電池的能量密度也與鋰離子電池基本相當，這些條件使得該新型電池具有極高的應用潛力，也很有可能在電動汽車領域得到廣泛的應用。根據此新型電池，大家提出石墨烯基鋰離子電容器作為一種新型的化學電容器，既有鋰離子電池的高能量，又有電容器的高功率，在當前化學電源領域中，有非常廣闊的應用前景。

石墨烯基鋰離子電容器選取石墨烯材料作為基本材料，原因在于它具有特殊的結構以及優良的性質。石墨烯是由具有六邊形結構的sp²雜化碳原子構成的二維單層材料，在石墨烯片層中存在著兩種鍵：σ-σ鍵和π鍵。σ-σ鍵存在于石墨烯的二維平面上，由于其鍵能最強，故使其具有良好的剛性結構。π鍵則存在于石墨烯的二維平面外，是由垂直于平面的p電子軌道相互疊加形成的，這種離域大π鍵的存在有利于其電子導電性且為石墨烯片層之間提供較弱的作用力。新型儲能電源因其高效、實用、“綠色”等特點而在儲能裝置中占有突出地位，而如此優良的碳材料-石墨烯也必將會在各種新型儲能電源中發揮其作用。

目前，石墨烯基鋰離子電容器中石墨烯正極片的放電比容量和庫倫效率的提升受到限制，并且含氧官能團和活性位點在長循環過程中導致循環穩定性較差，容量保持率衰減較快，這些問題會大幅度降低石墨烯鋰離子電容器的能量密度，因此，并不具備實際應用的潛力。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種石墨烯正極片異質結摻雜的制備方法。

本發明的目的是提供一種石墨烯正極片異質結摻雜的制備方法。通過對石墨烯正極片進行異質結原子摻雜，如B、P、N等，可以對正極片表面進行修飾，增加其他官能團、活性位點或提高正極片的導電性，進而提高電池的放電比容量和循環穩定性。

本發明石墨烯正極片異質結摻雜的制備方法所采取的技術方案是：

一種石墨烯正極片異質結摻雜的制備方法，其特點是：石墨烯正極片異質結摻雜的制備方法，采用等離子體增強化學氣相沉積法摻雜異質結元素，工藝過程：

1)將石墨烯材料、導電劑、粘結劑混合，溶解于有機溶劑中形成前驅體溶液，通過刮涂或搟膜方式制備石墨烯正極片；有機溶劑優選NMP或乙醇；