一种石墨烯电极的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电极，特别是一种石墨稀电极。
【背景技术】
[0002]从1859年普莱得试制成功化成式铅酸蓄电池以后，化学电源进人了萌芽状态。在100多年的发展过程中，新系列的化学电源不断出现，化学电源的性能得到不断改善。特别是二次世界大战以后，化学电源的发展更加迅速。后来产生了 Cd-Ni电池，20世纪80年代产生了 MH-Ni电池，经过近20年的探索，终于在20世纪90年代初研制出锂离子电池和锂聚合物电池，它们的发展也到了即将商品化的阶段，目前，锂离子电池以其高比能密度和使用寿命长而受到重视，发展迅速，美国、日本和台湾等国家和地区也重点发展锂聚合物电池。锂聚合物电池发展迅猛，正在逐步取代镉镍和氢镍电池，采用聚合物作电极和电解质材料的研究开发尤为引人注目。但是，目前的锂聚合物电池的离子导电性和机械强度较差，制造工艺复杂，电池体积较大，电池容量不够，由于正极活性物质和负极活性物质容易脱落，长时间使用后离子电导率和电化学稳定性差，隔离膜的强度以及稳定性也会随着电池的使用而变化，很容易导致锂聚合物电池在长时间使用后老化，充放电的寿命受到很大的限制。
【发明内容】
[0003]本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题，提供一种使用过程安全稳定，电池容量大，电极不易损耗，放电性能优异的石墨烯电极。
[0004]本发明采用的技术方案如下:
本发明的一种石墨烯电极，通过以下步骤制备而成:
步骤一:称取一份石墨粉，在冰浴的条件下加入适量浓硫酸作为溶剂，搅拌，控制反应温度低于20°C的条件下，按照石墨粉:硝酸钠:高锰酸钾质量比1:0.5:3向溶液中缓慢加入硝酸钠和高锰酸钾，搅拌lOmin ;将温度升至35°C，搅拌反应3h，按照浓硫酸:去离子水体积比1:0.2向溶液中加入去离子水，升温至98°C，搅拌30min，再按照浓硫酸:去离子水体积比1:0.5加入去离子水，停止反应，按照石墨粉:双氧水摩尔比1:0.2向溶液中加入5%的双氧水，趁热离心，分别用适量5%稀盐酸和蒸馏水洗涤，制得氧化石墨烯；
步骤二:称取一份Rh (Ac)3，取适量甲醇作为溶剂，常温搅拌溶解，在冰浴条件下，按照乙酸铑:氢氧化锂摩尔比1:1.2向溶液中加入L1H.H20的甲醇溶液，控制反应温度0°C搅拌8h，向溶液中按照乙酸铑:正己烷摩尔比1:20向溶液中加入正己烷，继续搅拌lh，过滤，沉淀分别用蒸馏水和无水甲醇洗涤3次，将产物分散于乙醇中，配制成浓度为13.7mg/mL的Rh (0H) 3的乙醇分散液；
步骤三:称取一份氧化石墨烯用超声波分散于适量的无水乙醇中，按照氧化石墨烯:氢氧化铭:尿素摩尔比1:1:0.5向溶液中加入浓度为13.7mg/mL氢氧化铭的乙醇分散液和5mol/L的尿素-乙醇溶液，室温搅拌30min后，将溶液转移至反应釜中，通入氩气作为保护气密封，在160°C反应24h，停止反应，将产物过滤后，用蒸馏水洗涤，再在真空度为0.98的条件下冻干，再将产物放入反应釜中，通入氩气作为保护气密封后在300°C的条件下加热5.5h，得到纳米Rh-石墨稀复合电极。
[0005]由于采用了上述上述方案，从微观结构上来看，Rh呈多孔方片状结构附着于石墨烯纳米片上有利于增大铑与电解质的接触面积，提高活性物质的利用率，同时石墨烯也有助于提高材料的导电性。
[0006]本发明的一种石墨稀电极，所述在电流为lA/g时放电比电容为576.3F/g。
[0007]由于采用了上述技术方案，该电极的放电比电容高于现有技术。
[0008]本发明的一种石墨烯电极，所述电极在锂聚合物电池中的应用。
[0009]由于采用了上述技术胡方案，采用纳米Rh-石墨烯复合电极作为电池的正电极能够改善正极片的电池性能，从而提高电池的工作效率。
[0010]本发明的一种石墨烯电极，所述锂聚合物电池包括设于电池外壳内部的正极片和负极片，所述正极片与负极片之间设有隔离膜；所述正极片与隔离膜之间依次设有正极覆膜和正极催化网，所述正极覆膜覆于正极片的表面，所述正极催化网覆于隔离膜的表面；所述隔离膜与负极片之间依次设有负极催化网和负极覆膜，所述负极催化网覆于隔离膜的表面，所述负极覆膜覆于负极片的表面；所述正极片为纳米Rh-石墨烯复合电极，所述正极片的厚度为40 μ m ;所述负极片为纳米Co2Sn04聚磺酸萘电极，所述负极片的厚度为50 μπι，所述负极片在电流为lA/g时放电比电容为817.6F/g。
[0011]由于采用了上述技术方案，锂电池在充放电的过程中，会由于过载而钝化在在电极上形成氧化物，从而导致电池容量的下降，电极的充放电效率降低，在正极片和负极片表面覆膜，能够有效改善电极与隔膜之间的亲和力，增加离子导电性能，减少氧化物的产生，从而延长的电池的使用寿命。负极片材料从微观结构上来看，Co2Sn04与聚磺酸萘相互镶嵌，形成三维空间立体结构，改善了 Co2Sn04颗粒的团聚，形成了一个良好的空间导电网络，改善了负极片的电池性能，从而提高了电池的工作效率。
[0012]本发明的一种石墨烯电极，所述正极催化网的厚度为10 μπι，所述正极催化网负载有正极催化剂，所述正极催化剂为Cr-二噻吩乙烯基四氮杂卟啉二维共轭聚合物，所述正极催化网上正极催化剂的承载量为0.38mg/cm2;所述负极催化网的厚度为10 μπι，所述负极催化网负载有负极催化剂，所述负极催化剂为低聚笼形倍半硅氧烷-石墨烯，所述负极催化网上负极催化剂的承载量为0.71mg/cm2。
[0013]由于采用了上述技术方案，在正极和负极上添加适量的催化剂，能够在较宽的温度范围内使电池的容量和工作平台得到提高，特别是在低温及大电流放电时，从而有效地避免Li离子在电极钝化形成氧化物，延长电池的使用寿命，本发明使用的催化剂能够保证电池在_50~60°C的范围内均能够正常工作。
[0014]本发明的一种石墨烯电极，所述隔离膜为聚合物-LiC104_Li4Ti5012复合电解质，所述聚合物为聚苯乙烯-乙烯吡咯烷酮-苯乙烯三嵌段共聚物，所述隔离膜的厚度为40 μπι ;所述隔离膜表面覆有涂覆层，所述涂覆层为聚偏氟乙烯-六氟丙烯，所述涂覆层的厚度为100nmo
[0015]由于采用了上述技术方案，聚苯乙烯-乙烯吡咯烷酮-苯乙烯三嵌段共聚物作为基质，具有较强的极性，并含有易形成氢键的基团，能够结合一些小分子，提高锂离子的传导效率，离子导体Li4Ti5012纳米粒子的加入减小了聚合物的结晶度，提高了聚合物电解质的电导率，增加了聚合物中在流子数目，从而提高了电池的工作效率；同时聚苯乙烯-乙烯吡咯烷酮-苯乙烯三嵌段共聚物具有良好的弹性，质量较轻，从微观上看，其分子结构呈现稳定的网状结构，表面活化能较大。涂覆后，隔膜的拉伸强度增强，对电子的吸附能力增大，收缩率减小，透气能力略有降低，内阻大幅度降低，从而减小了电池内部发热的现象产生，增加了电池的安全稳定性能。
[0016]本发明的一种石墨烯电极，所述正极覆膜为全氟磺酸质子膜，所述负极覆膜为二氧化娃，所述正极覆膜的厚度为300nm，所述负极覆膜的厚度300nm。
[0017]由于采用了上述技术方案，在正极片和负极片表面的覆膜，能够有效改善电极与隔膜之间的亲和力，增加离子导电性能，减少氧化物的产生，从而延长的电池的使用寿命。
[0018]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
1、增大金属与电解质的接触面积，提高活性物质的利用率，导电性能得到提高。
[0019]2、能够在较宽的温度范围内使电池的容量和工作平台得到提高，特别是在低温及大电流放电时，从而有效地避免Li离子在电极钝化形成氧化物