本发明涉及电池技术领域，尤其涉及石墨烯复合物电极的制备方法。
背景技术：
随着工业技术的进步和社会发展，环境问题也日益凸显，威胁人民群众的生产生活。在众多污染源中，燃油汽车产生的环境问题尤为引起关注，我国多个城市和地区开始了机动车号牌限制政策，以应对大量燃油车尾气排放造成的空气污染。电动汽车是以锂离子动力电池为动力来源的一种零碳排放的新型汽车，被认为可替代传统燃油汽车，并解决其衍生的环境问题。目前的电动汽车续航能力已可与传统燃油车相媲美，但因受限于锂离子电池技术，其充电速率较低，无法在长途驾驶中高效高速充电。因此，锂离子电池技术既是推动电动汽车行业发展的基石，也是限制其发展的瓶颈。
解决锂离子电池快速充电难题，有助于提高电动汽车的使用效率，增加电动汽车的核心竞争能力，进一步推进电动汽车的发展。
目前，常用的快速充电技术主要集中于改变电池充电阶段的方法，如多阶恒流充电法、脉冲去极化充电法等，并没有改善电池电极本身的锂离子通过性，即未从本质上解决快速充电带来的锂离子浓度变化引发的电极晶格结构变动。
现有技术基于电子电路技术，以牺牲锂离子电池寿命为代价，在短时间内提高锂离子电池充电速率，并非长久提高锂离子电池使用周期的方法。而在保证锂电池寿命的前提下，如何提高锂离子的通过性，利用电极制备技术提高锂离子电池充电效率是目前的技术难点。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是如何在保证锂电池寿命的前提下，提高锂电池的充电效率。
为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：
石墨烯复合物电极的制备方法，包括以下步骤：
s1，以重量份计，取1-10份石墨烯复合物、0.01-0.5份导电助剂、0.05-1份粘合剂以及0.01-2份n-甲基吡咯烷酮，充分混合均匀，得到浆料；
s2，将浆料均匀涂覆在金属箔表面；
s3，将s2的金属箔置于磁场中，干燥，即得石墨烯复合物电极。
其进一步地技术方案：所述步骤s2中，浆料涂覆的厚度为0.01-1mm。
其进一步地技术方案：所述步骤s3中，磁场强度为0.01-0.5t。
其进一步地技术方案：所述导电助剂为导电炭黑、乙炔黑或导电型碳材料的至少一种。
其进一步地技术方案：所述粘合剂为pvdf或cnc的至少一种。
其进一步地技术方案：所述石墨烯复合物的粒径不大于0.2μm。
其进一步地技术方案：所述导电助剂的粒径不大于0.5μm。
其进一步地技术方案：所述石墨烯复合物由以下方法制备：
步骤一，将氧化石墨烯充分溶解于除氧后的去离子水中，得到氧化石墨烯水溶液；
步骤二，将金属盐充分溶解于除氧后的去离子水中，形成金属盐溶液，所述金属盐为铁、钴、镍化合物的至少一种；
步骤三，将金属盐溶液加入氧化石墨烯水溶液中进行离子交换，所述金属离子与氧化石墨烯的摩尔比为8-15:1；
步骤四，离子交换完成后，调整步骤三中溶液的ph值为10-14，加入水合肼溶液，在70-95℃下充分反应，得到固液混合物，所述氧化石墨烯与水合肼溶液的摩尔比为800-1000:1；
步骤五，过滤，除去滤液，得固体，除去固体表面附着的反应物后，将固体烘干，即得石墨烯复合物。
本发明还提供另一种制备上述石墨烯复合物的技术方案：所述石墨烯复合物由以下方法制备：
步骤a，将氧化石墨烯充分溶解于除氧后的去离子水中，得到氧化石墨烯水溶液；
步骤b，将金属盐充分溶解于除氧后的去离子水中，形成金属盐溶液，所述金属盐为铁、钴、镍化合物的至少一种；
步骤c，将金属盐溶液与氧化石墨烯水溶液混合均匀，所述金属离子与氧化石墨烯的摩尔比为8-15:1；
步骤d，向步骤c的溶液中加入水合肼和二水合柠檬酸钠，充分溶解后在160-200℃的温度下进行水热反应，其中所述氧化石墨烯与水合肼溶液的摩尔比为800-1000:1、二水合柠檬酸钠与水合肼溶液的摩尔比为1：1-3；
步骤e，反应完成后，过滤，除去滤液，得固体，除去固体表面附着的反应物后，将固体烘干，即得石墨烯复合物。
其进一步地技术方案：所述金属盐为二价盐、三价盐的至少一种。
与现有技术相比，本发明所能达到的技术效果包括：
在不损害锂离子电池寿命的前提下，利用石墨烯复合物具有磁性的特点，在集流体表面构建垂直于集流体平面的电极，再利用石墨烯的大比表面积和二维取向性，可有效增加锂离子通道，解决锂离子慢速扩散的问题。此外，由于场导向材料本身具有一定的电极容量，可以与石墨烯协同增强其能量密度，降低电池使用的成本。本发明的技术方案可有效解决快速充电过程中伴生的电极材料晶格变形等问题。这一方案高效可行，成本低廉，可以广泛应用于新一代锂离子电池的快速充电技术。
具体实施方式
下面将通过以下实施例进行清楚、完整地描述本发明的技术方案中显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明实施例。如在本发明实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
实施例1，本发明实施例提供一种石墨烯复合物电极的制备方法，包括以下步骤：
s1，按重量份计，取10份石墨烯复合物、0.5份导电炭黑以及1份pvdf加入研钵，逐滴加入2份n-甲基吡咯烷酮，充分研磨均匀，使各组分充分混合，得到浆料；
s2，将浆料均匀涂覆在金属箔表面，涂覆的厚度为0.1mm；
s4，将s3的金属箔置于磁场强度为0.5t的磁场中，干燥后，即得石墨烯复合物电极。
具体实施中，选用的石墨烯复合物的粒径不大于0.2μm。
具体实施中，选用的导电助剂的粒径不大于0.5μm。
本实施例中，使用研钵研磨混匀，在某些实施例中，本领域技术人员可通过使用其他容器将各组分进行充分混合，制得浆料。
本实施例中，选用金属箔为铜箔，在某些实施例中，金属箔可以为铝箔或其他金属，本领域技术人员可根据需要自行选用，本发明对此不做具体限定。
需要说明的是，本发明实施例提供的石墨烯复合物为石墨烯与磁性纳米材料的复合物，具有磁性，经过磁场的作用，石墨烯复合物的晶体结构可沿磁场方向排列，形成具有一定方向的通道，便于锂离子电池在充电时，锂离子可快速迁移。
通过本发明实施例制得的石墨烯复合物电极，可以在不损害锂离子电池寿命的前提下，利用石墨烯复合物经磁场作用后可在集流体表面构建垂直于集流体平面的电极，增加锂离子通道，解决锂离子慢速扩散的问题。此外，由于场导向材料本身具有一定的电极容量，可以与石墨烯材料协同增强其能量密度，降低电池使用的成本。本发明的技术方案可有效解决快速充电过程中伴生的电极材料晶格变形等问题。这一方案高效可行，成本低廉，可以广泛应用于新一代锂离子电池的快速充电技术。
实施例2，本发明实施例提供一种石墨烯复合物电极的制备方法，包括以下步骤：
s1，按重量份计，取4份石墨烯复合物、0.3份导电炭黑、0.2份乙炔黑以及0.5份cnc加入研钵，逐滴加入1份n-甲基吡咯烷酮，充分研磨均匀，使各组分充分混合，得到浆料；
s2，将浆料均匀涂覆在金属箔表面，涂覆的厚度为0.05mm；
s4，将s3的金属箔置于磁场强度为0.3t的磁场中，干燥后，即得石墨烯复合物电极。
本实施例中，使用的磁场为铷磁铁大小50*20*10，cm，其具有的磁能积为35mgoe。
实施例3，本发明实施例提供一种石墨烯复合物电极的制备方法，包括以下步骤：
s1，按重量份计，取7份石墨烯复合物、0.05份导电型碳材料以及0.05份pvdf，逐滴加入0.01份n-甲基吡咯烷酮，充分研磨均匀，使各组分充分混合，得到浆料；
s2，将浆料均匀涂覆在金属箔表面，涂覆的厚度为0.03mm；
s4，将s3的金属箔置于磁场强度为0.1t的磁场中，干燥后，即得石墨烯复合物电极。
实施例4，本发明实施例提供一种石墨烯复合物电极的制备方法，包括以下步骤：
s1，按重量份计，取1份石墨烯复合物、0.01份乙炔黑以及0.2份cnc，逐滴加入0.8份n-甲基吡咯烷酮，充分研磨均匀，使各组分充分混合，得到浆料；
s2，将浆料均匀涂覆在金属箔表面，涂覆的厚度为1mm；
s4，将s3的金属箔置于磁场强度为0.01t的磁场中，干燥后，即得石墨烯复合物电极。
实施例5，本发明实施例提供一种石墨烯复合物电极的制备方法，包括以下步骤：
s1，按重量份计，取3份石墨烯复合物、0.09份乙炔黑以及0.8份cnc，逐滴加入0.01份n-甲基吡咯烷酮，充分研磨均匀，使各组分充分混合，得到浆料；
s2，将浆料均匀涂覆在金属箔表面，涂覆的厚度为0.8mm；
s4，将s3的金属箔置于磁场强度为0.09t的磁场中，干燥后，即得石墨烯复合物电极。
实施例6，本发明还提供实施例1-5所述的石墨烯复合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将氧化石墨烯充分溶解于除氧后的去离子水中，得到氧化石墨烯水溶液；
步骤二，将金属铁的2价盐、金属钴的3价盐充分溶解于除氧后的去离子水中，形成金属盐溶液；
步骤三，在氮气保护下，将金属盐溶液加入氧化石墨烯水溶液中进行离子交换，所述金属离子与氧化石墨烯的摩尔比为15:1；
步骤四，经过24小时的反应，确保离子交换充分完成后，调整步骤三中溶液的ph值为10，加入水合肼溶液，在70℃的密闭容器中充分反应24小时，得到固液混合物，其中氧化石墨烯与水合肼溶液的摩尔比为800:1；
步骤五，过滤，除去滤液，得固体，用去离子水和乙醇分别交替清洗固体，除去固体表面附着的反应物后，将固体置于真空烘箱中60℃烘干，即得石墨烯复合物。
实施例7，本发明还提供实施例1-5所述的石墨烯复合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将氧化石墨烯充分溶解于除氧后的去离子水中，得到氧化石墨烯水溶液；
步骤二，将金属铁的3价盐、金属钴的2价盐充分溶解于除氧后的去离子水中，形成金属盐溶液；
步骤三，在氮气保护下，将金属盐溶液加入氧化石墨烯水溶液中进行离子交换，所述金属离子与氧化石墨烯的摩尔比为12:1；
步骤四，经过24小时的反应，确保离子交换充分完成后，调整步骤三中溶液的ph值为14，加入水合肼溶液，在95℃的密闭容器中充分反应4小时，得到固液混合物，其中氧化石墨烯与水合肼溶液的摩尔比为900:1；
步骤五，过滤，除去滤液，得固体，用去离子水和乙醇分别交替清洗固体，除去固体表面附着的反应物后，将固体置于真空烘箱中60℃烘干，即得石墨烯复合物。
实施例8，本发明还提供实施例1-5所述的石墨烯复合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤a，将氧化石墨烯充分溶解于除氧后的去离子水中，得到氧化石墨烯水溶液；
步骤b，将金属铁的2价盐、以及金属镍的3价盐充分溶解于除氧后的去离子水中，形成金属盐溶液；
步骤c，在氮气保护下，将金属盐溶液与氧化石墨烯水溶液混合均匀，所述金属离子与氧化石墨烯的摩尔比为12:1；
步骤d，向步骤c的溶液中加入水合肼和二水合柠檬酸钠，充分溶解后在160℃的温度下进行水热反应14小时，其中所述氧化石墨烯与水合肼溶液的摩尔比为800:1、二水合柠檬酸钠与水合肼溶液的摩尔比为1：1；
步骤e，反应完成后，过滤，除去滤液，得固体，用去离子水和乙醇分别交替清洗固体，除去固体表面附着的反应物，将固体置于真空烘箱中60℃干燥，即得石墨烯复合物。
实施例9，本发明还提供实施例1-5所述的石墨烯复合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤a，将氧化石墨烯充分溶解于除氧后的去离子水中，得到氧化石墨烯水溶液；
步骤b，将金属铁的3价盐、以及金属镍的2价盐充分溶解于除氧后的去离子水中，形成金属盐溶液；
步骤c，在氮气保护下，将金属盐溶液与氧化石墨烯水溶液混合均匀，所述金属离子与氧化石墨烯的摩尔比为11:1；
步骤d，向步骤c的溶液中加入水合肼和二水合柠檬酸钠，充分溶解后在200℃的温度下进行水热反应11小时，其中所述氧化石墨烯与水合肼溶液的摩尔比为850:1、二水合柠檬酸钠与水合肼溶液的摩尔比为1：2；
步骤e，反应完成后，过滤，除去滤液，得固体，用去离子水和乙醇分别交替清洗固体，除去固体表面附着的反应物，将固体置于真空烘箱中60℃干燥，即得石墨烯复合物。
对比实验
选取实验组由实施例1制得的石墨烯复合物电极制成的锂电池，对照组由未经过磁场作用的石墨烯复合物电极制成的锂电池，对两组电池的充电效果进行对比，结果见下表1：
表1两组电池的充电结果
由此可见，本发明实施例提供的经由磁场作用的石墨烯复合物电极制得的锂电池，经10次循环后仍能保持高比容量，比容量损失小，可以有效地提高充电速率，在高倍率充电速率条件下，亦可稳定保持高比容量。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述，为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。