【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池材料，尤其涉及一种石墨烯膜自支撑电极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着可穿戴电子产品的快速发展，迫切需要开发相应的可穿戴电源，尤其是具有高能量密度和优异循环稳定性的可穿戴锂离子电池。石墨烯具有高导电性和优异的机械性能，使其适用于可穿戴锂离子电池材料。将石墨烯和活性材料结合，充分利用石墨烯的优良性能，改善锂离子电池负极所面临的问题，即充放电过程中巨大的体积变化导致的材料结合的破坏，进而导致电池性能降低。
2、尽管已经报道了多种石墨烯和负极活性物质的复合方法，然而并不能解决其在石墨烯中的分散问题。易造成团聚，使得其与石墨烯复合获得的优势不能得到充分的发挥。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种石墨烯膜自支撑电极材料及其制备方法和应用。与现有技术相比，本专利技术以活性物质前驱体与氧化石墨烯均匀混合后进行涂膜，得到氧化石墨烯膜，再对其进行还原，得到用于二次锂离子电池的石墨烯膜自支撑电极材料。在该材料中，活性物质前驱体还原后，会形成空隙，可作为活性材料膨胀的缓冲空间，并且活性材料在石墨烯基质中均匀分散，提高了材料整体的导电性。同时，由于其结构稳定、力学性能优异，无需添加粘合剂即可直接用作负极材料。
2、为此，第一方面，本专利技术实施例提供了一种石墨烯膜自支撑电极材料的制备方法，包括：
3、将天然石墨与浓硫酸进行混合，置于0-10℃的冰水浴中，再将高锰酸钾缓慢加入其中形成反应体系，搅拌30-60min；将温度升高至60-
4、按照1：0.5-1：2的活性材料:c元素的摩尔比配比，将活性材料的前驱体加到所述氧化石墨烯浆料中，并用分散机分散，转速为2000-5000rpm，得到复合浆料；将所述复合浆料进行涂膜，得到氧化石墨烯复合膜；
5、将所述氧化石墨烯复合膜放入热处理设备中，在体积占比5％ h2混合95％惰性气体的气氛中600-1200℃下保温2-6小时，对氧化石墨烯复合膜中的材料进行热还原，得到用于二次锂离子电池的石墨烯膜自支撑电极材料。
6、优选的，所述浓硫酸为浓度是98％的硫酸；
7、所述惰性气体包括：氮气和/或氩气。
8、优选的，所述活性材料为si；所述活性材料的前驱体包括：四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或多种；
9、优选的，所述活性材料包括：sn、fe、zn、ti及其氧化物；
10、所述活性材料的前驱体为：含sn前驱体、含fe前驱体、含zn前驱体、含ti前驱体中的一种或几种；
11、所述含sn前驱体，包括：四氯化锡、醋酸锡或硫酸亚锡中的一种或多种；
12、所述含fe前驱体，包括：硝酸铁、氯化铁、醋酸铁或油酸铁中的一种或多种；
13、所述含zn前驱体，包括：硝酸锌、氯化锌或醋酸锌中的一种或多种；
14、所述含ti前驱体，包括：四氯化钛或钛酸四丁酯中的一种或两种。
15、优选的，所述热还原后，所述制备方法还包括：
16、在电解槽内，以前驱体材料为阴极，石墨为阳极，熔盐体系为电解质，控制电解槽的电压为2v-3.2v，电解槽的温度为550℃-1000℃，在氩气气氛下通电5小时-20小时，得到所述石墨烯膜自支撑电极材料。
17、优选的，所述天然石墨的尺寸大小为1-300μm；所述氧化石墨烯的层数为1～20层，粒径为0.1μm-10μm。
18、优选的，所述涂膜的方式包括刮涂或者旋涂；
19、所述涂膜的方式为刮涂时，所述将所述复合浆料进行涂膜，得到氧化石墨烯复合膜包括：将氧化石墨浆料利用涂覆机在聚对苯二甲酸乙二醇酯pet基底上涂膜，旋转微分器，调整刮刀间距为10-30μm，刮膜速率为0.5-2cm/s，得到氧化石墨烯湿膜，随后在40-70℃烘箱干燥2-12小时，得到所述氧化石墨烯复合膜；
20、所述涂膜的方式为旋涂时，所述将所述复合浆料进行涂膜，得到氧化石墨烯复合膜包括：利用旋转涂布机进行涂膜，将氧化石墨浆料放在吸盘上，设定涂布的时间为2-18s，转速为500-2500rpm，得到氧化石墨烯湿膜，随后在40-70℃烘箱干燥2-12小时，得到所述氧化石墨烯复合膜。
21、优选的，所述热还原的升温速率为：小于100℃时升温速率为1-2℃/min，100-300℃时升温速率为2-3℃/min，超过300℃后升温速率为4-5℃/min。
22、第二方面，本专利技术实施例提供了一种上述第一方面所述的制备方法制备得到的一种石墨烯膜自支撑电极材料，所述自支撑电极材料包括石墨烯膜和活性材料，其中所述石墨烯膜所占质量比为30％-80％，所述活性材料所占质量比为20％-70％；所述自支撑电极材料用于锂离子电池的负极材料。
23、第三方面，本专利技术实施例提供了一种包括上述第二方面所述的石墨烯膜自支撑电极材料的锂离子电池。
24、本专利技术实施例提供的石墨烯膜自支撑电极材料的制备方法，以活性物质前驱体与氧化石墨烯均匀混合后进行涂膜，得到氧化石墨烯膜，再对其进行还原，得到用于二次锂离子电池的石墨烯膜自支撑电极材料。在该材料中，活性物质前驱体还原后，会形成空隙，可作为活性材料膨胀的缓冲空间，并且活性材料在石墨烯基质中均匀分散，提高了材料整体的导电性。同时，由于其结构稳定、力学性能优异，无需添加粘合剂即可直接用作负极材料。本专利技术提供的石墨烯膜自支撑电极材料可用于液态、半固态、准固态、全固态电解质锂离子电池中。
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1.一种石墨烯膜自支撑电极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浓硫酸为浓度是98％的硫酸；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性材料为Si；所述活性材料的前驱体包括：四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性材料包括：Sn、Fe、Zn、Ti及其氧化物；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热还原后，所述制备方法还包括：
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述天然石墨的尺寸大小为1-300μm；所述氧化石墨烯的层数为1～20层，粒径为0.1μm-10μm。
7.根据权利要求1所述的制备方法中，其特征在于，所述涂膜的方式包括刮涂或者旋涂；
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热还原的升温速率为：小于100℃时升温速率为1-2℃/min，100-300℃时升温速率
9.一种权利要求1-8任一所述的制备方法制备得到的一种石墨烯膜自支撑电极材料，其特征在于，所述自支撑电极材料包括石墨烯膜和活性材料，其中所述石墨烯膜所占质量比为30％-80％，所述活性材料所占质量比为20％-70％；所述自支撑电极材料用于锂离子电池的负极材料。
10.一种包括上述权利要求9所述的石墨烯膜自支撑电极材料的锂离子电池。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨烯膜自支撑电极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浓硫酸为浓度是98％的硫酸；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性材料为si；所述活性材料的前驱体包括：四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性材料包括：sn、fe、zn、ti及其氧化物；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热还原后，所述制备方法还包括：
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述天然石墨的尺寸大小为1-300μm；所述氧化石墨烯的层数为...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵金，刘柏男，罗飞，
申请(专利权)人：溧阳天目先导电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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