[發(fā)明專利]旋轉(zhuǎn)磁場排列的石墨烯鋰離子電池負極復(fù)合材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210999320.7
• 申請日: 2022-08-19
• 公開（公告）號: CN115312724A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閆宏震;林峰;王志明;劉來琛;秦成真;汪喬臻;鐘宏
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 成都華復(fù)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51298
• 代理人: 余鵬

本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)磁場排列的石墨烯鋰離子電池負極復(fù)合材料及其制備方法，所述材料包括：石墨烯、高分子材料和導(dǎo)電添加劑；所述石墨烯占所述復(fù)合材料質(zhì)量分數(shù)的50％至95％，并在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下垂直于基板模具有序排列。本發(fā)明獲得的石墨烯鋰離子電池負極復(fù)合材料中二維石墨烯垂直于基板有序排列，用作鋰離子電池時在電極軸向形成鋰離子的快速傳輸通道，增大了石墨烯之間的距離，充分的發(fā)揮了其高比表面積、高載流子遷移率和高導(dǎo)熱的優(yōu)勢，比普通石墨烯負極復(fù)合材料具有更優(yōu)異的倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池負極材料領(lǐng)域，尤其涉及一種旋轉(zhuǎn)磁場排列的石墨烯鋰離子電池負極復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

新能源汽車是新能源的主要利用手段之一，其發(fā)展能夠有效的避免燃油汽車帶來的污染。為了滿足新能源汽車快速充放電的要求，人們迫切需求高比容量和循環(huán)穩(wěn)定性的儲能裝置。開發(fā)高質(zhì)量的鋰離子電池和超級電容器作為儲能器件是一個最重要的研究方向。現(xiàn)有電池和超級電容器的主要限制之一是離子的傳輸，特別是在高負載電極中高速率傳輸。這一缺點主要是由于離子在電極材料中緩慢擴散。電極材料的垂直結(jié)構(gòu)，能夠解除這種速率限制。特別在較厚的電極內(nèi)盡量減少離子和電子路徑的彎曲，將使鋰離子電池和超級電容器能夠維持較高的循環(huán)率和功率密度。

石墨烯具有獨特的碳原子sp2雜化結(jié)構(gòu)，單層石墨烯具有高比面積，高載流子遷移率、高電導(dǎo)率和高導(dǎo)熱率等優(yōu)異的性能。在能源裝置、生物學(xué)和微電子技術(shù)等方面提供了潛在的應(yīng)用。與其他二維功能材料一樣，控制二維石墨烯在大范圍內(nèi)的取向是實現(xiàn)這類應(yīng)用的必要條件。將石墨片垂直排列到集電極上，可以通過創(chuàng)建較短的擴散路徑和暴露優(yōu)先的嵌入/嵌出位置來減輕負極內(nèi)載流子的傳輸。但是由于大板狀形狀的高縱橫比，石墨烯垂直排列比較困難。目前，石墨烯的垂直對齊完全依賴單一的制造方法，即PECVD。這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)對石墨烯的垂直排列。CN107742746A公開了一種PECVD技術(shù)制備厚度為的石墨烯電極。所制備少層高質(zhì)量的石墨烯用作鋰離子電池負極，其具有優(yōu)異的倍率性能和高比容量。然而，這種方法有嚴重的局限性：化學(xué)氣相沉積直接生長效率很低，而且因為需要高溫和嚴格的反應(yīng)環(huán)境。而且此種方法制備的石墨烯鋰離子負極厚度非常有限，并不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

為了解決上述問題，提高電池和超級電容器的負載量，維持較高的循環(huán)率和功率密度，專利CN109935793B公開了一種石墨烯復(fù)合鋰離子電池負極材料及制備方法：通過包裹，然后粘結(jié)，最后將其石墨化得到石墨烯顆粒。由于此方法得到的電極內(nèi)部顆粒朝著各個方向排列，二次顆粒結(jié)構(gòu)增大了活性粒子之間的空隙，形成了良好的離子傳輸?shù)耐ǖ溃x子的遷移通道縮短。這種各項異性的三維結(jié)構(gòu)對離子在電極中的傳輸十分有利，提升了石墨烯電極在大電流下的充放電性能。但是此種方法獲得石墨烯電極工藝復(fù)雜，成本高，體積比容量也較低。中國發(fā)明專利CN112010343A公開了一種金屬氧化物@定向排列石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法。此專利利用冷凍干燥的方法，將石墨烯與錫鹽溶液與檸檬酸的分散液在液氮中冷凍定向，然后將其退火處理。此專利獲得的三維網(wǎng)狀石墨烯負極，在較大的電流下仍能夠保持比較大的比容量。但是此方法獲得石墨烯金屬氧化物鋰離子負極在冰模板的作用下膨脹形成，導(dǎo)致其體積比容量較小，而且此種方法用到液氮，成本也較高，也無法做到大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)。因此開發(fā)高重量比容量、高體積比容量和高倍率性能鋰離子電池負極材料依然是亟需解決的技術(shù)問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的內(nèi)容在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種旋轉(zhuǎn)磁場排列的石墨烯鋰離子電池負極復(fù)合材料及其制備方法，以解決石墨烯鋰離子負極的倍率性能和比容量低的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)磁場排列的石墨烯鋰離子電池負極復(fù)合材料及其制備方法的具體技術(shù)方案如下：

首先，本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)磁場排列的石墨烯鋰離子電池負極復(fù)合材料制備方法，包括：

S1：將石墨烯、高分子材料加入到分散劑中，得到混合分散溶液，然后利用超聲將所述混合分散溶液分散均勻；