[發(fā)明專(zhuān)利]硼烯和石墨烯復(fù)合氣凝膠電極片的制備方法及制備容器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111643769.1
• 申請(qǐng)日: 2021-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114512656A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周明;俞劍文;楊名揚(yáng);張毅博;徐本燕;徐夕媚;李旭胤;陶浩楠
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/38
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/38;H01M4/139;H01M4/62;H01M10/0525;C01B35/02;C01B32/194;C01B32/19;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 么立雙

本發(fā)明提供一種硼烯和石墨烯復(fù)合氣凝膠電極片的制備方法及制備容器，包括：制備硼烯粉末；利用硼烯粉末和氧化石墨烯溶液制備硼烯和石墨烯復(fù)合的氣凝膠電極片。解決了硼烯失去金屬基底支撐后的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性問(wèn)題并充分利用其性質(zhì)，將硼烯與石墨烯結(jié)合形成異質(zhì)結(jié)，制備出硼烯/石墨烯異質(zhì)結(jié)氣凝膠電極片，將其應(yīng)用在鋰離子電池負(fù)極；制備出的氣凝膠電極片具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，在電池中不需要額外的集電極，并且合成的硼烯/石墨烯氣凝膠電極片具有較大的比容量，比不添加硼烯的石墨烯骨架提高39％。同時(shí)，該氣凝膠電極片的高倍率充放電性能較好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種硼烯和石墨烯復(fù)合氣凝膠電極片的制備方法及制備容器。

背景技術(shù)

鋰離子電池是一種典型的能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能裝置，因其高工作電壓和低重量而備受關(guān)注，可實(shí)現(xiàn)的能量密度遠(yuǎn)高于其他電池技術(shù)，目前石墨負(fù)極材料的性能逐漸接近理論值，新型負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化蓄勢(shì)待發(fā)，未來(lái)鋰離子電池的發(fā)展方向之一是提升負(fù)極材料的性能。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和電子特性，硼烯已成為最新的非常有前途的二維材料，硼烯材料由于硼的原子質(zhì)量很小，并且其表面活性很高以及硼本身缺電子的特性，使得金屬在其表面的吸附具有較大的吸附能與超高的理論容量，從而使得硼烯材料作為鋰離子電池負(fù)極具有超高比容量。

但是，由于硼烯材料具有多種多樣的結(jié)構(gòu)，無(wú)硼空位缺陷的硼烯由于表面活性太高，硼烯結(jié)構(gòu)大多為金屬態(tài)并且脫離金屬基底的硼烯結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，極大地制約了硼烯在鋰離子電池負(fù)極中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種硼烯和石墨烯復(fù)合氣凝膠電極片的制備方法及制備容器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中硼烯結(jié)構(gòu)大多為金屬態(tài)且脫離金屬基底的硼烯結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定而極大制約了硼烯在鋰離子電池負(fù)極中應(yīng)用的缺陷，制備硼烯/石墨烯復(fù)合氣凝膠，應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極，實(shí)現(xiàn)了硼烯的規(guī)模應(yīng)用。

本發(fā)明提供一種硼烯和石墨烯復(fù)合氣凝膠電極片的制備方法，包括：

制備硼烯粉末；

利用硼烯粉末和氧化石墨烯溶液制備硼烯和石墨烯復(fù)合的氣凝膠電極片。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種硼烯和石墨烯復(fù)合氣凝膠電極片的制備方法，所述制備硼烯粉末包括：

配制硼粉與銀納米線的混合溶液；

使混合溶液中的顆粒物質(zhì)發(fā)生相變，生成分散液；

對(duì)分散液進(jìn)行初級(jí)離心，獲取分散液的初級(jí)上清液；

對(duì)初級(jí)上清液進(jìn)行二級(jí)離心，去除初級(jí)上清液的上清液，獲取剩余固體物質(zhì)；

對(duì)剩余固體物質(zhì)進(jìn)行冷卻干燥，得出硼烯粉末。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種硼烯和石墨烯復(fù)合氣凝膠電極片的制備方法，所述使混合溶液中的顆粒物質(zhì)發(fā)生相變，生成分散液，包括：

利用超聲波對(duì)混合溶液進(jìn)行水浴分散；

利用共振球磨機(jī)使水浴分散后的混合溶液中的顆粒物質(zhì)發(fā)生相變，生成分散液。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種硼烯和石墨烯復(fù)合氣凝膠電極片的制備方法，所述共振球磨機(jī)中設(shè)置有多種尺寸的研磨介質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種硼烯和石墨烯復(fù)合氣凝膠電極片的制備方法，利用硼烯粉末和氧化石墨烯溶液制備硼烯和石墨烯復(fù)合的氣凝膠電極片包括：

配制硼烯、氧化石墨烯、還原劑、結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑的混合液；

將混合液注入到制備容器內(nèi)，將制備容器放置在高壓反應(yīng)釜中使混合液進(jìn)行水熱反應(yīng)，生成水凝膠；

對(duì)水凝膠進(jìn)行冷凍干燥；

對(duì)冷凍干燥后的水凝膠進(jìn)行退火處理，生成硼烯和石墨烯的復(fù)合氣凝膠。