一种超容量石墨烯电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超容量石墨烯电池，其特征在于，所述锂金属石墨烯电池的正极材料为掺氮镍钴锰

【技术实现步骤摘要】
一种超容量石墨烯电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种超容量石墨烯电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着科技进步和需求的增长，锂离子电池从电子终端设备走向电动汽车和储能
已成为必然。锂离子电池由于具有能量密度和电压高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、放电电压稳定、充放电快速和环保等优点，已经成为可持续动力电池的主要选择，被誉为21世纪的理想电源。
[0003]锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔膜材料、正负极材料等。作为储锂的主体，正负极材料在锂离子电池中起着很重要的作用，其容量是影响电池容量的重要因素之一，其性能的好坏直接影响锂离子电池的电池容量和循环使用寿命，其成本也直接决定电池成本高低。目前商业化应用于电动汽车的锂离子电池的正极材料主要包括磷酸铁锂、锰酸锂和包含镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂的三元材料。然而，这些现有的正极材料还或多或少存在一致性和能量密度较低、循环性能及电化学稳定性较差、安全性能、循环性能、低温性能等多项关键技术需进一步改进的缺陷。隔膜材料在锂电池中起到传递锂离子和阻隔阻隔正负极电子电导的双重作用。然而传统聚烯烃隔膜的熔点较低，受热后会出现收缩，造成电池正负极接触短路；另外，聚烯烃类隔膜本身对电解液润湿性较差，吸液率不高，从而影响电池的循环性能。
[0004] 中国专利文献CN 109037560 B涉及一种超容量石墨烯电池以及石墨烯电池。锂金属石墨烯电池的正极为片状石墨烯制成的石墨烯电极，锂金属石墨烯电池的负极为锂金属，所述锂金属石墨烯电池的电解液为有机溶剂体系，所述锂金属石墨烯电池的隔膜为高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜，所述锂金属的用量为所述石墨烯电极质量的1
‑
2倍，形成回路过程中使用的有机电解质溶液包括有机溶剂和电解质盐。其具有较高的工作电压和比能量，开路电压为2
‑
4.2V，比能量可达200
‑
600W
· h/kg和500
‑
1000W
· h/L；电池可在
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40～+50℃范围内工作，在常温下电池贮存寿命超过10年，且在贮存和放电过程中无气体析出，安全性能较好。然而，该电池的循环性能、电化学稳定性、耐高低温性能有待进一步改善。
[0005]可见，如何提供一种理论比容量高，电化学稳定性好，耐高低温性能和使用安全性优异的锂离子电池是当前业内研究者们亟待解决的难题。

技术实现思路

[0006]专利技术的主要目的在于提供一种超容量石墨烯电池，该锂金属石墨烯电池理论比容量高，电化学稳定性好，耐高低温性能和使用安全性优异。同时，本专利技术的第二个目的在于提供一种上述锂金属石墨烯电池的制备方法，该制备方法工艺简单，对设备依赖性小，制备效率高，适合连续生产。
[0007]为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种超容量石墨烯电池，其特征在于，所述锂金属石墨烯电池的正极材料为掺氮
镍钴锰
‑
石墨烯基复合物；所述锂金属石墨烯电池的负极材料为二氧化钛量子点/金属锂/富勒烯复合物；所述锂金属石墨烯电池的隔膜是由如下按重量份计的各组分制成：含环氧基的超支化聚硼硅氧烷50
‑
60份、三聚氰胺10
‑
15份、纳米碳酸钙8
‑
10份。
[0008]优选的，所述掺氮镍钴锰
‑
石墨烯基复合物是掺氮镍钴锰三元材料、石墨烯按质量比(3
‑
5):1混合均匀后形成的混合物。
[0009]优选的，所述掺氮镍钴锰三元材料为按中国专利文献CN107565127B中实施例1的方法制成。
[0010]优选的，所述二氧化钛量子点/金属锂/富勒烯复合物是由二氧化钛量子点、金属锂、富勒烯按质量比1:(4
‑
6):(0.3
‑
0.6)混合均匀后形成的混合物。
[0011]优选的，所述二氧化钛量子点为按中国专利文献CN108906013A中实施例1的方法制成。
[0012]优选的，所述锂金属石墨烯电池的电解液为浓度为0.8
‑
1.2mol/L的六氟磷酸锂溶液。
[0013]优选的，所述六氟磷酸锂溶液的溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯按质量比1:(3
‑
5)混合形成的混合物。
[0014]优选的，所述含环氧基的超支化聚硼硅氧烷为按中国专利文献CN107868252B中实施例1的方法制成。
[0015]优选的，所述纳米碳酸钙的粒径为200
‑
500nm。
[0016]本专利技术的第二个目的在于提供一种上述锂金属石墨烯电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、将二氧化钛量子点/金属锂/富勒烯复合物、导电剂Super P和聚偏氟乙烯PVDF按质量比8:1:1混合均匀，随后往里面滴入N
‑
甲基吡咯烷酮，均匀搅拌成粘稠的糊状粘稠液，然后通过涂布机将粘稠液均匀涂在铜箔上，再进行压实，涂布面密度160
‑
260g/m2，压实密度2.0
‑
2.8g/cm3；然后进行连续分切，连续收卷，制得正极极片；步骤S2、将二氧化钛量子点/金属锂/富勒烯复合物、导电剂Super P和PVDF按质量比8:1:1混合均匀，随后往里面滴入N
‑
甲基吡咯烷酮，使用双行星真空高速搅拌设备均匀搅拌成粘稠的均一稳定的浆料，然后采用挤压式双面涂布机将所配浆料稳定均一的涂覆在铜箔表面，涂布面密度150
‑
220g/m2，压实密度1.5
‑
1.8g/cm3；然后进行连续分切，连续收卷，制得负极极片；步骤S3、将含环氧基的超支化聚硼硅氧烷、三聚氰胺、纳米碳酸钙按重量比混合均匀，经熔挤和热定型工艺，后置于质量百分浓度为9
‑
12%的盐酸溶液中浸泡3
‑
6小时，后取出，用水洗3
‑
6次，最后置于真空干燥箱90
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95℃下干燥至恒重，最终获得隔膜；步骤S4、组装、注液，得到锂金属石墨烯电池。
[0017]由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：（1）本专利技术提供的锂金属石墨烯电池的制备方法，该制备方法采用常规工艺路线和生产设备即可，资金投入少，也无需对原有生产线进行改造，制备效率高，适合连续生产；（2）本专利技术提供的锂金属石墨烯电池，以掺氮镍钴锰
‑
石墨烯基复合物作为正极材料，结合了掺氮镍钴锰、石墨烯的优点，它们相互配合，共同作用能够保证锂金属石墨烯电池的稳定性，能够提高其可充电性，使得其电化学性能优异，安全性能、循环性能和耐低温
性能好；（3）本专利技术提供的锂金属石墨烯电池，所述锂金属石墨烯电池的负极材料为二氧化钛量子点/金属锂/富勒烯复合物，通过各组分相互配合，共同作用，不仅能改善电导性能，从而增强充放电过程中锂离子的传输和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超容量石墨烯电池，其特征在于，所述锂金属石墨烯电池的正极材料为掺氮镍钴锰
‑
石墨烯基复合物；所述锂金属石墨烯电池的负极材料为二氧化钛量子点/金属锂/富勒烯复合物；所述锂金属石墨烯电池的隔膜是由如下按重量份计的各组分制成：含环氧基的超支化聚硼硅氧烷50
‑
60份、三聚氰胺10
‑
15份、纳米碳酸钙8
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10份。2.根据权利要求1所述的一种超容量石墨烯电池，其特征在于，所述掺氮镍钴锰
‑
石墨烯基复合物是掺氮镍钴锰三元材料、石墨烯按质量比(3
‑
5):1混合均匀后形成的混合物。3.根据权利要求1所述的一种超容量石墨烯电池，其特征在于，所述二氧化钛量子点/金属锂/富勒烯复合物是由二氧化钛量子点、金属锂、富勒烯按质量比1:(4
‑
6):(0.3
‑
0.6)混合均匀后形成的混合物。4.根据权利要求1所述的一种超容量石墨烯电池，其特征在于，所述锂金属石墨烯电池的电解液为浓度为0.8
‑
1.2mol/L的六氟磷酸锂溶液。5.根据权利要求4所述的一种超容量石墨烯电池，其特征在于，所述六氟磷酸锂溶液的溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯按质量比1:(3
‑
5)混合形成的混合物。6.根据权利要求1所述的一种超容量石墨烯电池，其特征在于，所述纳米碳酸钙的粒径为200
‑
500nm。7.一种根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋胜伟，蒋小华，
申请(专利权)人：深圳市瀚海龙科技有限公司，
类型：发明
国别省市：