[發明專利]采用自組裝RGO薄膜制備鋰電極保護層的方法

有效

• 申請號: 201811133450.2
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN109378476B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 姚遠洲;鄧昭;趙曉輝
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/36;H01M4/38;H01M10/0525;H01M4/134
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 馮瑞;楊慧林

本發明公開了一種采用自組裝RGO薄膜制備鋰電極保護層的方法，包括如下的步驟：將自組裝RGO薄膜浸泡于無水乙醇中0.5?2h；接著將所述RGO薄膜轉移至碳酸二乙酯中，浸泡以除去薄膜表面的無水乙醇；再將RGO薄膜轉移至碳酸二乙酯中，在真空或惰性氣體氣氛下，用鋰金屬將所述RGO薄膜撈起，干燥，即在鋰金屬表面形成所述保護層。本發明還公開了由上述方法制備的保護層，以及包括該保護層的鋰電極和鋰電池。本發明的采用自組裝RGO薄膜制備鋰電極保護層的方法，工藝簡單、原料成本低、可操作性好。

技術領域

本發明涉及石墨烯材料技術領域，具體涉及一種采用自組裝RGO薄膜制備鋰電極保護層的方法。

背景技術

鋰金屬由于其超高的容量(3860mAh/g)和最低的電勢，是一種最理想的鋰電池負極材料。但是由于其極差的水氧耐性，在充電過程中嚴重的鋰枝晶生長，近乎無限的體積膨脹問題抑制了其發展。在鋰金屬表面制備一層保護層是解決這些問題的一個思路。

目前，對于鋰電極保護層已經進行了相當多的研究。如申請號為201410654531.2的中國專利公開了一種鋰硫電池用保護層，該保護層是將由改性石墨烯和粘合劑組成的漿料涂布在隔膜表面獲得的。申請號為201610881442.0的中國專利公開了一種鋰金屬陽極表面石墨烯基保護層，通過在鋰金屬陽極表面附著一層石墨烯復合涂層，在鋰硫電池組裝過程中經電解液浸潤使該涂層同鋰金屬陽極發生原位電化學反應，從而在鋰陽極表面獲得石墨烯基復合保護層，這種保護層可以抑制鋰陽極在反復沉積溶解過程中鋰枝晶的產生，同時石墨烯的柔性片層特點也可以緩沖這一過程中鋰陽極的體積變化。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種采用自組裝還原氧化石墨烯(RGO)薄膜制備鋰電極保護層的方法，該制備保護層的方法工藝簡單、原料成本低、可操作性好。

為了解決上述技術問題，本發明提供了采用自組裝RGO薄膜制備鋰電極保護層的方法，包括如下的步驟：

將自組裝RGO薄膜浸泡于無水乙醇中0.5-2h，接著將所述RGO薄膜轉移至碳酸二乙酯中，浸泡以除去薄膜表面的無水乙醇；再將RGO薄膜轉移至碳酸二乙酯中，在真空或惰性氣體氣氛下，用鋰金屬將所述RGO薄膜撈起，干燥，即在鋰金屬表面形成所述保護層。

由于鋰金屬過于活潑，在水氧環境下極易發生變質，因此，在鋰金屬表面包覆保護層需要在嚴格的無水無氧的環境下進行。通過熱驅動獲得的自組裝RGO薄膜，具有厚度可控、機械性能好、導電性好、不與鋰反應等特點，可以用于鋰電極保護層材料，然而自組裝RGO薄膜一般是在水相環境下制備得到的，如何嚴格去除自組裝RGO薄膜中的水分、如何在無水無氧的環境下將自組裝RGO薄膜完好地包覆到鋰金屬表面等問題一直困擾著本領域的技術人員。

本申請發明人經過長期的研究，選擇了無水乙醇作為去除自組裝RGO薄膜中的水分的溶劑，通過先用無水乙醇浸泡的方式除去自組裝RGO薄膜中的水分。由于碳酸二乙酯與水不溶，而和乙醇互溶，因此發明人選擇碳酸二乙酯，采用多次浸泡的方式，盡可能除去RGO薄膜中的乙醇。無水乙醇和碳酸二乙酯的純度優選地為分析純，浸泡的時間優選為1h。優選的，碳酸二乙酯浸泡的次數為4～5次，且每次浸泡后更換新鮮的碳酸二乙酯。

在進行自組裝RGO薄膜包覆時，需要在嚴格的無水無氧的環境下進行，而碳酸二乙酯不與鋰金屬發生反應，因此申請人將除水后的自組裝RGO薄膜轉移到碳酸二乙酯中，在碳酸二乙酯液相環境中進行鋰金屬地包覆操作，從而盡可能地隔絕了水氧環境。進一步地，整個操作過程也在無水無氧環境下進行，例如在手套箱中操作。

進一步地，所述自組裝RGO薄膜的制備方法為：

將RGO分散于溶劑中，加熱至80～95℃，冷卻，使得RGO在液體/空氣界面處自組裝形成RGO薄膜。優選的，所述溶劑為水。

本發明中，通過控制RGO分散液的濃度，即可得到不同厚度的自組裝RGO薄膜，優選地，所述溶劑中RGO的濃度為0.01～0.05wt％。