[發(fā)明專利]一種缺陷石墨烯與一種鋰金屬電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911410950.0
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111074233A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張灑灑;鄧偉;周旭峰;劉兆平
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/52;C23C16/56;H01M4/66;H01M10/052;H01M10/058
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 付麗

本發(fā)明提供了一種缺陷石墨烯的制備方法，其利用常規(guī)的CVD方法，通過調(diào)控生長過程中的參數(shù)來制備缺陷石墨烯，或利用CVD法制備完整的石墨烯，再利用激光刻蝕的方法在石墨烯上制造缺陷。本申請還提供了一種鋰金屬電池。本申請利用島狀石墨烯實(shí)現(xiàn)了對鋰金屬負(fù)極改性；以缺陷石墨烯改性的銅箔作為鋰金屬電池的集流體，缺陷石墨烯誘導(dǎo)鋰沉積，使其沉積成高質(zhì)量、平整的形貌，提高了電池的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰金屬技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種缺陷石墨烯和一種鋰金屬電池。

背景技術(shù)

隨著日益增長的能源需求，已有的鋰離子電池等動(dòng)力電池的能量密度已經(jīng)不能滿足生活生產(chǎn)所需，而鋰金屬電池由于較高的理論比容量成為了動(dòng)力電池領(lǐng)域中較為矚目的存在。在鋰金屬電池中，由于電解液中鋰離子流及集流體表面的不均勻性，導(dǎo)致了鋰離子在集流體上的不均勻沉積，而鋰的不均勻沉積導(dǎo)致了鋰枝晶和死鋰的形成，從而帶來了短路、爆炸等安全性問題以及庫倫效率較低等問題。因此鋰金屬沉積形貌的平整度在鋰金屬電池中起著很大的作用。

石墨烯是一種導(dǎo)電性能優(yōu)異的二維材料，將石墨烯用于集流體改性時(shí)，完整的石墨烯由于其優(yōu)異的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性并不利于鋰離子的沉積。

現(xiàn)有的制備石墨烯的手段，如熱分解碳化硅法、機(jī)械剝離法、化學(xué)剝離法，存在很大的不足之處，制備的石墨烯質(zhì)量較差。因此提供一種質(zhì)量較好且利于鋰的吸附和沉積的石墨烯的制備方法是極其重要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種缺陷石墨烯的制備方法，本申請通過制備具有缺陷的石墨烯，使鋰金屬沉積平整，最終提高了鋰電池的循環(huán)壽命和倍率性能。

有鑒于此，本申請?zhí)峁┝艘环N缺陷石墨烯的制備方法，包括以下步驟：

A1)將銅箔進(jìn)行預(yù)處理；

B1)將預(yù)處理后的銅箔置于CVD爐中，通入氬氣100～200sccm，氫氣10～30sccm，升溫至1030～1035℃，再調(diào)整氫氣的通入量至130～150sccm，通入10～30sccm的混合氣后進(jìn)行生長，所述生長的時(shí)間為5～30min，得到缺陷石墨烯，所述混合氣為甲烷和氬氣；

或，

A2)將生長在銅箔上的石墨烯按照圖案形狀進(jìn)行激光刻蝕，得到缺陷石墨烯；所述激光刻蝕的頻率為50～100Hz，速度為50～80mm/s，功率為40～60W。

優(yōu)選的，步驟B1)中，所述升溫為階段升溫的方式，具體為：

將CVD爐從室溫升至300～400℃，再從300～400℃升溫至900～1000℃，最后從900～1000℃升溫至1030～1035℃。

優(yōu)選的，步驟B1)中，所述生長后采用自然冷卻的降溫方式。

優(yōu)選的，步驟B1)中，所述銅箔的厚度為10～30μm。

優(yōu)選的，步驟B1)中，所述預(yù)處理的方式具體為：

將銅箔置于酸液中超聲分散清洗10～15min后采用去離子水清洗2～3次，再置于無水乙醇中超聲分散清洗20～30min后采用去離子水清洗1～2次，最后干燥。

優(yōu)選的，步驟A2)中，所述頻率為70～80Hz，所述速度為70～80mm/s，所述功率為45～55W。

優(yōu)選的，步驟A2)中，所述激光刻蝕的次數(shù)為2～5次。

優(yōu)選的，所述圖案形狀為井字形或回字形。

本申請還提供了一種鋰金屬電池，包括正極、鋰金屬負(fù)極和集流體，其特征在于，所述集流體為所述的制備方法所制備的缺陷石墨烯改性的銅箔。