一种锂离子电池用石墨烯电极片的静电植绒制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于新材料和电化学领域，具体涉及一种新型储能材料以及可充放电的锂离子电池石墨烯负极材料及其静电植绒制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池于上个世纪90年代开始蓬勃发展以来，就以其比能量高、工作电压高、应用温度范围宽、自放电率低、使用寿命长、无污染等独特的优势而备受关注，并在手机、数码相机以及微型计算机中广泛使用。近年来，为应对汽车工业迅猛发展带来的诸如坏境污染、石油资源急剧消耗等负面影响，美国、日本、中国等国家都在积极开展采用清洁能源的电动汽车EV以及混合动力车HEV的研发工作。而锂电池作为未来电动汽车最主要的候选动力电源，具有成本低廉，已成为国际动力电池领域的主要研宄热点。
[0003]目前，最常用锂离子电池负极材料有碳材料(如硬炭、软炭、天然石墨和石墨化中间相碳微球等)和非碳材料(如锡基氧化物、硅基氧化物和钛基材料等)，而在这些材料中，碳材料的成本低，且技术成熟，已进入一种商业化模式，尤其是纳米尺度的负极材料，由于具有较高的比表面积，在负极材料的发展中起到了重要的作用。其中，石墨烯作为一种最新型的纳米碳材料，发现至今才短短10年多，就在作为锂离子电池负极材料方面有了很大的进展，石墨烯作为锂离子负极材料具有非常优异的电子导电性(电子迀移率为15000cm2V-lS-l)和导热性(导热系数高达5300W m-lK-1)，这些特点都使石墨烯成为锂离子电池负极材料的首选研宄材料。
[0004]传统的制备锂离子电池用负极片的过程是，将石墨烯研磨、过筛，然后加入一定量的导电剂和粘结剂进行混合，再加以一定量的分散剂，经过一段时间的研磨至混合物均匀的成为粘稠的浆料，然后将浆料涂在铜箔上，再置于真空干燥箱中烘干后待用，这种制备方法工艺复杂，且粘结剂的添加有可能会堵塞部分活性材料的表面微孔，以致影响材料的性能。2006 年，Chan Kim(Adv.Funct.Mater.2006，16，2393-2397)等人用静电纺丝的方法制备了 PAN纳米纤维毡，这种纤维毡经过烧结成为碳纳米纤维负极膜材料，不用添加粘结剂和导电材料便可以直接使用。2013年，Kun Fu(Adv.mater.2013)等人用碳纳米管做成碳纳米sheets，然后用化学气相沉积的方法先沉积上硅，再沉积上碳，不仅不用添加粘结剂和导电材料，而且不需要使用铜箔做集流体。目前专利中还没有使用静电植绒的方法制得石墨烯锂离子电池的报道。通过此方法制备条件温和，设备简单，操作安全易行，性质稳定，充放电测试稳定具有良好的电化学性能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种石墨烯的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于采用湿法纺丝的方法制得有一定取向的氧化石墨烯丝状物，烘干后得到石墨烯丝状物，再研磨成的具有一定长径比而且颗粒均匀的材料，然后通过静电植绒法快速将锂离子石墨烯负极材料植到铜箔上，最后做成锂离子电池。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供了一种锂离子电池用石墨烯电极片的静电植绒制备方法，其特征在于，包括:
[0007]步骤1:将质量分数为5%?10%的氧化石墨烯液晶溶液用针头直径为10um?500um的注射器注射到乙酸乙酯中；
[0008]步骤2:将步骤I中得到的氧化石墨烯丝状物取出放入到玻璃培养皿中，然后放入到温度为40?80°C的干燥箱中烘干4?8小时，得到石墨烯丝状物材料；
[0009]步骤3:烘干后取出玻璃培养皿中的石墨烯丝状物放入研钵研磨成石墨烯颗粒；
[0010]步骤4:将步骤3中得到的石墨烯颗粒在静电植绒装置的负极板上铺平，所述的静电植绒装置包括高压发生器，高压发生器连接负极板和正极板，所述的正极板上放涂有粘结剂的铜箔，两极板的距离为1cm?20cm，高压发生器电压为15KV?50KV ；
[0011]步骤5:将步骤4制得的材料放入到温度为40°C?80°C的真空干燥箱中干燥8?12小时，得到锂离子电池用石墨烯电极片。
[0012]优选地，，所述的步骤3中，石墨稀颗粒的长径比为1-10。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0014]1、本发明方法可以将石墨烯锂电池负极材料均匀垂直密集的分布在铜箔上，得到的石墨烯锂电池具有良好的充放电循环性能和较高的比容量。
[0015]2、整个工艺过程简单迅速，产率高。
[0016]3、与之前的制备石墨烯锂电池负极材料过程相比，设备简单，操作容易，均匀稳定，充放电测试具有良好的电化学性能。
【附图说明】
[0017]图1为静电植绒装置的示意图；
[0018]图2是实施例2锂离子电池铜箔的SEM图；
[0019]图3是实施例2静电植绒法所得到的石墨烯材料作为锂离子负极50mA/g的电池的比容量-电压曲线。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0021]实施例1
[0022]一种锂离子电池用石墨烯电极片的静电植绒制备方法，具体步骤为:
[0023]步骤1:将氧化石墨烯分散到水中得到质量分数为5%的氧化石墨烯液晶溶液，将质量分数为5%的氧化石墨烯液晶溶液用针头直径为300um的注射器注射到乙酸乙酯中；
[0024]步骤2:将步骤I中得到的氧化石墨烯丝状物取出放入到玻璃培养皿中，然后放入到温度为80°C的干燥箱中烘干8小时，得到石墨烯丝状物材料；
[0025]步骤3:烘干后取出玻璃培养皿中的石墨烯丝状物放入研钵研磨成长径比为1-10的石墨稀颗粒；
[0026]步骤4:将步骤3中得到的石墨烯颗粒在静电植绒装置的负极板上均匀铺平，如图1所示，所述的静电植绒装置包括高压发生器1，高压发生器I连接负极板2和正极板3，所述的正极板上放涂有PVDF粘结剂的铜箔，两极板的距离为10cm，高压发生器电压为40KV ;
[0027]步骤5:将步骤4制得的材料放入到温度为80°C的真空干燥箱中干燥12小时，得到锂离子电池用石墨烯电极片。
[0028]将制成的锂离子电池作为负极片，在充满氩气的手套箱中进行模拟电池的装配。将装配好的模拟电池在电池测试系统上测试，充放电电压范围为0.1V-2.0V,电流密度为50mA/go
[0029]实施例2
[0030]一种锂离子电池用石墨烯电极片的静电植绒制备方法，具体步骤为:
[0031]步骤1:将氧化石墨烯分散到水中得到质量分数为5%的氧化石墨烯液晶溶液，将质量分数为10%的氧化石墨烯液晶溶液用针头直径为300um的注射器注射到乙酸乙酯中；
[0032]步骤2:将步骤I中得到的氧化石墨烯丝状物取出放入到玻璃培养皿中，然后放入到温度为80°C的干燥箱中烘干8小时，得到石墨烯丝状物材料；
[0033]步骤3:烘干后取出玻璃培养皿中的石墨烯丝状物放入研钵研磨成长径比为1-10的石墨稀颗粒；
[0034]步骤4:将步骤3中得到的石墨烯颗粒在静电植绒装置的负极板上均匀铺平，如图1所示，所述的静电植绒装置包括高压发生器1，高压发生器I连接负极板2和正极板3，所述的正极板上放涂有PVDF粘结剂的铜箔，两极板的距离为10cm，高压发生器电压为40KV ;如图2所示，为实施例2锂离子电池铜箔的SEM图。
[0035]步骤5:将步骤4制得的材料放入到温度为80°C的真空干燥箱中干燥12小时，得到锂离子电池用石墨烯电极片。
[0036]将制成的锂离子电池作为负极片，将制成的电极片在充满氩气的手套箱中进行模拟电池的装配。将装配好的模拟电池在电池测试系统上测试，充放电电压范围为0.01V-2.0V,电流密度为50mA/g。如图3所示，是实施例2静电植绒法所得到的石墨烯材料作为锂离子负极50mA/g的电池的比容量-电压曲线。
【主权项】
1.一种锂离子电池用石墨烯电极片的静电植绒制备方法，其特征在于，包括: 步骤1:将质量分数为5%?10%的氧化石墨烯液晶溶液用针头直径为10um?500um的注射器注射到乙酸乙酯中； 步骤2:将步骤I中得到的氧化石墨烯丝状物取出放入到玻璃培养皿中，然后放入到温度为40?80°C的干燥箱中烘干4?8小时，得到石墨烯丝状物材料； 步骤3:烘干后取出玻璃培养皿中的石墨烯丝状物放入研钵研磨成石墨烯颗粒； 步骤4:将步骤3中得到的石墨烯颗粒在静电植绒装置的负极板上铺平，所述的静电植绒装置包括高压发生器，高压发生器连接负极板和正极板，所述的正极板上放涂有粘结剂的铜箔，两极板的距离为1cm?20cm，高压发生器电压为15KV?50KV ； 步骤5:将步骤4制得的材料放入到温度为40°C?80°C的真空干燥箱中干燥8?12小时，得到锂离子电池用石墨烯电极片。2.如权利要求1所述的锂离子电池用石墨烯电极片的静电植绒制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，石墨烯颗粒的长径比为1-10。
【专利摘要】本发明提供了一种锂离子电池用石墨烯电极片的静电植绒制备方法，其特征在于，包括：将氧化石墨烯液晶溶液注射到乙酸乙酯中；将得到的氧化石墨烯丝状物取出放入到玻璃培养皿中，烘干得到石墨烯丝状物材料；烘干后取出玻璃培养皿中的石墨烯丝状物放入研钵研磨成石墨烯颗粒；将得到的石墨烯颗粒在静电植绒装置的负极板上铺平，所述的静电植绒装置包括高压发生器，高压发生器连接负极板和正极板，所述的正极板上放涂有粘结剂的铜箔；真空干燥，得到锂离子电池用石墨烯电极片。本发明可以将石墨烯锂电池负极材料均匀垂直密集的分布在铜箔上，得到的石墨烯锂电池具有良好的充放电循环性能和较高的比容量。
【IPC分类】H01M4/133, H01M4/1393, H01M10/0525
【公开号】CN104916812
【申请号】CN201510336933
【发明人】邱夷平, 许昌亮, 姚澜, 张长欢
【申请人】东华大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月17日