钛酸锂与石墨烯创新融合的动力电池以及该动力电池工艺制造技术

本发明专利技术所涉及一种钛酸锂与石墨烯创新融合的动力电池，包括电池外壳，导电棒，导电正极件，导电负极件，电解质，隔膜，添加剂。因所述导电正极件是以钛酸锂材料为主制作成，导电负极件是以石墨烯为主制作成。添加剂包含有浓硫酸溶液，浓硝酸溶液，高锰酸钾溶液，过氧化氢溶液，纯氩气，聚四佛乙烯溶液；因本技术方案采用通过氧化还原法将石墨氧化成氧化石墨，进行插层，引入官能团，使得石墨层间距加大，之后通过氧化还原法将氧化石墨还原为具有大比表面积以及单层分子结构的石墨烯，使得大大减少锂离子在首次充电放电的损失，从而达到提高电极性能，提高过放过充的性能，快速充电。另外，本发明专利技术具有石墨氧化充分，剥离方便以及产量高。

Lithium titanate and graphene innovative fusion power battery and power battery technology

The invention relates to a power battery of lithium titanate and graphene, which comprises a battery shell, a conductive rod, a conductive positive electrode, a conductive negative electrode, an electrolyte, a diaphragm, an additive. The conductive anode component is mainly made of lithium titanate material, and the conductive negative component is mainly made of graphene. The additive contains concentrated sulfuric acid, concentrated nitric acid solution, Potassium Permanganate solution, hydrogen peroxide solution, pure argon, poly ethylene four Buddha solution; because of the technical scheme of the graphite oxidation of graphite by oxidation reduction method, intercalated into functional groups, make the graphite layer spacing increased after oxidation reduction of graphene oxide reduction as with a large surface area and the molecular structure of the monolayer graphene, which greatly reduce the lithium ion in the first charge discharge loss, so as to improve the electrode performance, improve performance of pass charge, fast charge. In addition, the invention has the advantages of sufficient graphite oxidation, convenient stripping and high yield.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电源充电领域，具体涉及一种钛酸锂与石墨烯创新融合的动力电池及该动力电池工艺。
技术介绍
随着化石资源的逐渐短缺以及环境压力的日益增大，驱使国内外市场都在积极开发代替能源和储能技术。为了满足现有市场上的需求，现有技术中分别出现钛酸锂电池和石墨烯电池。所述的电池包括电源负荷，正极材料，负极材料。以石墨材料为负电极材料组成的石墨电池。现有石墨材料大部分以石墨，石油焦，碳纤维，热解碳，中间相沥青碳基微球，碳黑以及玻璃碳为准。该石墨材料具有层状结构，碳原子以SP2杂化合成六角网状平面，层间距离为0.335微米，层与层之间以范德华力结合。石墨的层状结构有利于锂离子嵌入到石墨层间形成嵌锂石墨化合物。其他理论比容量372MAH/G,实际比容量330MAH/G。石墨作为锂离子电池的负极材料在充放电过程中会产生充放电平台，且平台电位较低，可以提供平稳的工作电压。但由于石墨材料对电解液选择性强，只有在某些电解液中才有良好的电极性能，耐过充过放性能差，锂离子在石墨中扩散速度较慢，不利于快速充放电性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可提高电极性能，提高过充过放性能，快速充电的钛酸锂与石墨烯创新融合的动力电池。本专利技术实施例还提供一种具有石墨氧化充分，剥离方便以及产量高的的钛酸锂与石墨烯创新融合的动力电池工艺。为此解决上述技术问题，本专利技术中的技术方案所采用一种钛酸锂与石墨烯创新融合的动力电池，其包括电池外壳，安装在电池外壳内部的导电棒，分别安装于导电棒与电池外壳之间的导电正极件，导电负极件，电解质，隔膜，添加剂；所述导电正极件是以钛酸锂材料为主制作成，所述的导电负极件是以石墨烯为主制作成；充电时，导电正极件中的锂离子脱离后嵌入导电负极件内，导电正极处于贫锂状态；放电时，所述锂离子从导电负极件中脱离之后，嵌入导电正极件内，导电正极处于富锂状态；充放电时，所述的锂离子在层状结构的石墨烯内部嵌入和脱离循环过程；所述添加剂包含有浓硫酸溶液，浓硝酸溶液，高锰酸钾溶液，过氧化氢溶液，纯氩气，聚四佛乙烯溶液；浓硫酸溶液质量比例为60％，浓硝酸溶液质量比例为20％，高锰酸钾溶液质量比例为8％,过氧化氢溶液质量比例为5％，聚四佛乙烯溶液质量为7％。依据上述主要技术特征所述，所述的导电负极件工艺为：先将粘接剂(PTFE)与粉末状的负极活性物质混合，经均匀搅拌之后制成浆状的负极物质；再将该负极物质经过三级滚反复碾压，制成200微米的均匀厚度的薄片，并制成直径14毫米的圆形电极片，再使用压片机在200千帕的作用下，将圆形电极片碾压于圆形电极片上的铜网表面，然后，再80度真空条件下干燥10个小时，即为负极极片，再将钛酸锂材料制成正极片，隔膜以及负极片自上而下的顺序放置好，注入1摩尔升LIPF6的电解质，最后将电池封口密封制成；所述负极活性物质包含有石墨，氧化石墨以及石墨烯；所述粘接剂与负极活性物质重量比例为1:2至4。一种所述的石墨烯制作工艺为：首先对石墨通过改进的Hummers氧化法进行氧化反应，进行后处理形成氧化石墨，通过低温热解膨胀剥离法对氧化石墨进行还原，获得石墨烯；其具体步骤如下：先将称取石墨粉末置于圆底烧瓶中，加入事先设定量的浓硫酸溶液和浓硝酸溶液，在低于10度的冰水浴中进行磁力搅拌，同时，在磁力搅拌过程中缓慢加入高锰酸钾溶液，同时控制搅拌的速度，避免反应温度大于20度，保持2个小时，形成低温混合反应溶液，此阶段即为低温反应；接着，将所述的低温混合反应溶液的反应温度升于32度至38度之间，并保持30分钟，此阶段为中温反应；接着，将反应温度继续升温到85度，保持均匀磁力搅拌速度，时间大概30分钟，此阶段为高温反应，在此高温反应阶段时，所述的反应溶液会逐渐发生变色反应；在变色反应之后，均匀加入100毫升的去离子水，且控制反应温度为85度，继续搅拌30分钟，直到反应溶液变成亮黄色，然后，待亮黄色溶液冷却至室温后加30％双氧水，形成双氧水溶液；接着，将所述双氧水溶液静止状态放置12个小时分层，去除双氧水溶液上部的上清液之后，加入去离子水之后，在超声波的作用下分散2个小时，然后，去离子水在离心力的作用下，充分洗涤直到双氧水溶液中没有硫酸离子，或者使用氯化钡溶液检测，呈现中性，PH值为6，然后，将剩余的固体产物再50度的真空干燥箱内部干燥12个小时之后，将固体产物研磨过甩选后得到氧化石墨；然后，在热解膨胀剥离法下，将氧化石墨置于AR气体保护的自组装管式炉中进行还原，反应温度10度/min的增加速度从室温升到300度，反应结束后，可得到蓬松，大比表面的石墨烯。本专利技术的有益技术效果：因所述导电正极件是以钛酸锂材料为主制作成，所述的导电负极件是以石墨烯为主制作成；充电时，导电正极件中的锂离子脱离后嵌入导电负极件内，导电正极处于贫锂状态；放电时，所述锂离子从导电负极件中脱离之后，嵌入导电正极件内，导电正极处于富锂状态；充放电时，所述的锂离子在层状结构的石墨烯内部嵌入和脱离循环过程；所述添加剂包含有浓硫酸溶液，浓硝酸溶液，高锰酸钾溶液，过氧化氢溶液，纯氩气，聚四佛乙烯溶液；浓硫酸溶液质量比例为60％，浓硝酸溶液质量比例为20％，高锰酸钾溶液质量比例为8％,过氧化氢溶液质量比例为5％，聚四佛乙烯溶液质量为7％。由于本技术方案采用通过氧化还原法将石墨氧化成氧化石墨，进行插层，引入官能团，使得石墨层间距加大，之后通过氧化还原法将氧化石墨还原为石墨烯，处理制备成导电负极件。在此氧化还原法过程中，改进了氧化条件，利用低耗能的CVD膨胀方法制备出大比表面积的石墨烯，此种方法可以加大氧化过程的氧化剂的使用量，使得石墨充分氧化，充分插层，石墨层与石墨层充分分离，形成大量少层结构的石墨氧化物，在通过还原或惰性气体保护下加热膨胀，得到具有大比表面积以及单层分子结构的石墨烯，使得大大减少锂离子在首次充电放电的损失，提高电池的电化学性能和导电性能，提高电池的比容量，从而达到提高电极性能，提高过放过充的性能，快速充电的技术效果。另外，与传统石墨氧化法相比，本专利技术的氧化还原法具有石墨氧化充分，剥离方便以及产量高。下面结合实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。【具体实施方式】下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合实施例说明一种钛酸锂与石墨烯创新融合的动力电池，其包括电池外壳，安装在电池外壳内部的导电棒，分别安装于导电棒与电池外壳之间的导电正极件，导电负极件，电解质，隔膜，添加剂。所述导电正极件是以钛酸锂材料为主制作成，所述的导电负极件是以石墨烯为主制作成。所述添加剂包含有浓硫酸溶液，浓硝酸溶液，高锰酸钾溶液，过氧化氢溶液，纯氩气，聚四佛乙烯溶液；浓硫酸溶液质量比例为60％，浓硝酸溶液质量比例为20％，高锰酸钾溶液质量比例为8％,过氧化氢溶液质量比例为5％，聚四佛乙烯溶液质量为7％。所述的石墨烯制作工艺为：首先本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛酸锂与石墨烯创新融合的动力电池，其包括电池外壳，安装在电池外壳内部的导电棒，分别安装于导电棒与电池外壳之间的导电正极件，导电负极件，电解质，隔膜，添加剂；其特征在于：所述导电正极件是以钛酸锂材料为主制作成，所述的导电负极件是以石墨烯为主制作成；充电时，导电正极件中的锂离子脱离后嵌入导电负极件内，导电正极处于贫锂状态；放电时，所述锂离子从导电负极件中脱离之后，嵌入导电正极件内，导电正极处于富锂状态；充放电时，所述的锂离子在层状结构的石墨烯内部嵌入和脱离循环过程；所述添加剂包含有浓硫酸溶液，浓硝酸溶液，高锰酸钾溶液，过氧化氢溶液，纯氩气，聚四佛乙烯溶液；浓硫酸溶液质量比例为60％，浓硝酸溶液质量比例为20％，高锰酸钾溶液质量比例为8％,过氧化氢溶液质量比例为5％，聚四佛乙烯溶液质量为7％。

【技术特征摘要】
1.一种钛酸锂与石墨烯创新融合的动力电池，其包括电池外壳，安装在电池外壳内部的导电棒，分别安装于导电棒与电池外壳之间的导电正极件，导电负极件，电解质，隔膜，添加剂；其特征在于：所述导电正极件是以钛酸锂材料为主制作成，所述的导电负极件是以石墨烯为主制作成；充电时，导电正极件中的锂离子脱离后嵌入导电负极件内，导电正极处于贫锂状态；放电时，所述锂离子从导电负极件中脱离之后，嵌入导电正极件内，导电正极处于富锂状态；充放电时，所述的锂离子在层状结构的石墨烯内部嵌入和脱离循环过程；所述添加剂包含有浓硫酸溶液，浓硝酸溶液，高锰酸钾溶液，过氧化氢溶液，纯氩气，聚四佛乙烯溶液；浓硫酸溶液质量比例为60％，浓硝酸溶液质量比例为20％，高锰酸钾溶液质量比例为8％,过氧化氢溶液质量比例为5％，聚四佛乙烯溶液质量为7％。2.如权利要求1所述的钛酸锂与石墨烯创新融合的动力电池，其特征在于：所述的导电负极件工艺为：先将粘接剂(PTFE)与粉末状的负极活性物质混合，经均匀搅拌之后制成浆状的负极物质；再将该负极物质经过三级滚反复碾压，制成200微米的均匀厚度的薄片，并制成直径14毫米的圆形电极片，再使用压片机在200千帕的作用下，将圆形电极片碾压于圆形电极片上的铜网表面，然后，再80度真空条件下干燥10个小时，即为负极极片，再将钛酸锂材料制成正极片，隔膜以及负极片自上而下的顺序放置好，注入1摩尔升LIPF6的电解质，最后将电池封口密封制成；所述负极活性物质包含有石墨，氧化石墨以及石墨烯；所述粘接剂与负极活性物质重量比例为1:2至4。3.一种如权利要求1所述的石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡润泽，
申请(专利权)人：广州皖力实业有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44