一種超高壓的石墨烯電池制造技術

本發(fā)明專利技術公開了一種超高壓的石墨烯電池，其特征在于，由正極極片、多層半導體及負極極片層壓后構(gòu)成，所述正極極片呈U形，所述正極極片具有至少三片，且三片正極極片互相套設在一起，位于內(nèi)部的正極極片U形開口最小，外部的正極極片U形開口最大，所述負極極片具有兩片，其呈方形，且大方形的負極極片套在小方形的負極極片的外面，貼在所述半導體的后部；多層半導體2具有上下疊加的兩層；所述正極極片、多層半導體及負極極片的厚度比值為1:5:2。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種超高壓的石墨烯電池
本專利技術涉及電池
，尤其涉及一種超高壓的石墨烯電池。
技術介紹
隨著人類社會的發(fā)展，人們對能源的需求量越來越大，煤、石油、天然氣等化石能源依然是目前能源供應的主體，但化石能源是不可再生能源，化石能源的口益枯竭是人類社會發(fā)展面臨的一大挑戰(zhàn)。同時這些燃料也是環(huán)境污染的主要來源，尋找新型可再生的清潔能源成為當今世界的主旋律。化學電源替代原始的化石能源能夠有效地緩解能源問題及環(huán)境污染問題，其中二次電源的發(fā)展有效地推進了化學電源的發(fā)展。隨著電子器件的小型化，對多功能便攜式的高容量電源的需求逐漸增大，鏗離子電池由于其優(yōu)良的性能脫穎而出，成為二次電源中的主要類型。石墨烯具有優(yōu)良的電子傳導性、大的比表面積（2600m2/g），良好的熱學性能和機械性質(zhì)，使其成為能源、化工、生物等多領域的研究熱點。在儲鋰性能方面，石墨烯的理論容量達到744mAh/g，優(yōu)于石墨（理論容量：372mAh/g），并且石墨烯能增加與鏗的結(jié)合位點，使得石墨烯成為取代石墨作為鏗離子負極材料的選擇之一。但研究表明，單純的石墨烯作為鏗離子電池負極材料存在一定的缺陷，如:首次循環(huán)過程中不可逆程度大，容量損失多，在后續(xù)循環(huán)中庫侖效率低等，所以與其他材料復合制備復合材料成為優(yōu)化石墨烯負極材料的首選方法。然而在充放電過程中，硅的脫嵌鋰反應伴隨著硅體積的劇烈變化（>300%），引起電池內(nèi)部高壓，導致電極粉碎，活性物質(zhì)的脫落，使得電極循環(huán)性能惡化，電池容量急劇降低。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是為了解決現(xiàn)有技術中存在的缺點，而提出的一種超高壓的石墨烯電池。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術采用了如下技術方案：一種超高壓的石墨烯電池，其特征在于，由正極極片、多層半導體及負極極片層壓后構(gòu)成，所述正極極片呈U形，所述正極極片具有至少三片，且三片正極極片互相套設在一起，位于內(nèi)部的正極極片U形開口最小，外部的正極極片U形開口最大，所述負極極片具有兩片，其呈方形，且大方形的負極極片套在小方形的負極極片的外面，貼在所述半導體的后部；多層半導體2具有上下疊加的兩層；所述正極極片、多層半導體及負極極片的厚度比值為1:5:2；所述正極極片包括正極鋁箔集流體及設在所述正極鋁箔集流體內(nèi)側(cè)表面的磷酸鐵鋰活性材料層；所述磷酸鐵鋰活性材料層上刷涂凝膠型電解液，以形成電解液層；凝膠型電解液包括：27質(zhì)量份的安全電解液、35質(zhì)量份的三氟甲基磺酰亞胺離子液體、38質(zhì)量份的聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸酯聚合物；所述安全電解液包括80質(zhì)量份的常規(guī)電解液、13質(zhì)量份的磷酸三苯酯和7質(zhì)量份的甲基氟代丁基醚；所述半導體緊貼所述電解液層；所述負極極片是復合材料，是在石墨烯表面依次包覆碳和碳化硅而得，其中，石墨烯、碳和碳化硅的質(zhì)量比為0.6∶0.04∶0.2；所述負極極片復合材料的制備方法如下：(1)分散石墨烯：石墨烯在聚氧乙烯蓖麻油的作用下均勻分散于乙二醇中；(2)包覆碳：將步驟(1)所得分散石墨烯加入有機碳源水溶液中，攪拌5小時，再在156℃繼續(xù)攪拌蒸發(fā)溶劑后，于780℃高溫熱解10小時，即得碳包覆的石墨烯；(3)包覆碳化硅：將碳化硅與步驟(1)所得碳包覆的石墨烯一并置于球磨機中研磨，將所得粉體置于管式爐中加熱焙燒，然后隨爐降至室溫，即得。優(yōu)選的，步驟(3)中的碳化硅是通過以下方法制備得到的：(31)制備碳化硅前驅(qū)體；(32)碳化硅前驅(qū)體在氦氣氣氛保護下，以18～20℃/min的升溫速率升溫至1500～1550℃，保溫10～12小時，自然冷卻至室溫，得到墨綠色的初期碳化硅；(33)將步驟(32)所得初期碳化硅加入質(zhì)量濃度35％的氫氟酸溶液中，除去未反應的二氧化硅，水洗，過濾，烘干，即得。優(yōu)選的，所述負極極片還可以是負極活性材料，所述負極活性材料層(142)的主要成分是硅/炭-石墨烯復合材料；所述硅/炭-石墨烯復合材料按照下述步驟制備而成：將硅粉置于超細球磨機中，以水為介質(zhì)，球料質(zhì)量比為4:1，球磨10h，得到硅漿料；將所述硅漿料與人造石墨、導電炭黑、乳化瀝青按照65:20:5:10的質(zhì)量比混合均勻，得到混合料；對所述混合料進行噴霧干燥處理，得到球狀顆粒；將所述球狀顆粒與氧化石墨烯按照2:1的質(zhì)量比混合，1000r/min的轉(zhuǎn)速下，攪拌2-3小時；將攪拌后的所述球狀顆粒與氧化石墨烯的混合物置于溫度為900℃的氮氣環(huán)境中燒結(jié)2小時，得到硅/炭-石墨烯復合材料。本專利技術提供的一種石墨烯電池，與現(xiàn)有技術相比，本專利技術采用的是用采用安全的凝膠型電解液，流動性適宜，易于被刷涂于正極極片上，與磷酸鐵鋰活性材料層緊密接觸；作為負極活性材料，硅/炭-石墨烯復合材料具有巨大的比表面積和容量，高導電率，在應用于石墨烯鋰離子電池時，使得電池具有高導電率，高容量，性能優(yōu)越等優(yōu)勢。本專利技術的石墨烯電池負極復合材料具有較高的首次庫倫效率，降低了正極材料用量，進而降低了整個電池的成本。本專利技術在石墨烯表面依次包覆碳和碳化硅，所得石墨烯電池負極復合材料具有高容量和高循環(huán)穩(wěn)定性等特點。本專利技術制備方法涉及的石墨烯分散，采用聚氧乙烯蓖麻油作為分散劑，并通過控制分散劑的用量實現(xiàn)了石墨烯的均勻分散，提高了電學性能。采用本專利技術的石墨烯電池，由于采用上述材料以及制作方法，能夠顯著提高其耐高壓性以及實用性。附圖說明圖1為本專利技術的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本本專利技術的仰視圖。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。本專利技術提供了如圖1-2所示的一種超高壓的石墨烯電池，其特征在于，由正極極片1、多層半導體2及負極極片3層壓后構(gòu)成，所述正極極片1呈U形，所述正極極片1具有至少三片，且三片正極極片1互相套設在一起，位于內(nèi)部的正極極片U形開口最小，外部的正極極片U形開口最大，所述負極極片3具有兩片，其呈方形，且大方形的負極極片套在小方形的負極極片的外面，貼在所述半導體的后部；多層半導體2具有上下疊加的兩層；所述正極極片1、多層半導體2及負極極片3的厚度比值為1:5:2；所述正極極片1包括正極鋁箔集流體及設在所述正極鋁箔集流體內(nèi)側(cè)表面的磷酸鐵鋰活性材料層；所述磷酸鐵鋰活性材料層上刷涂凝膠型電解液，以形成電解液層；凝膠型電解液包括：27質(zhì)量份的安全電解液、35質(zhì)量份的三氟甲基磺酰亞胺離子液體、38質(zhì)量份的聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸酯聚合物；所述安全電解液包括80質(zhì)量份的常規(guī)電解液、13質(zhì)量份的磷酸三苯酯和7質(zhì)量份的甲基氟代丁基醚；所述半導體緊貼所述電解液層；所述負極極片是復合材料，是在石墨烯表面依次包覆碳和碳化硅而得，其中，石墨烯、碳和碳化硅的質(zhì)量比為0.6∶0.04∶0.2；所述負極極片復合材料的制備方法如下：(1)分散石墨烯：石墨烯在聚氧乙烯蓖麻油的作用下均勻分散于乙二醇中；(2)包覆碳：將步驟(1)所得分散石墨烯加入有機碳源水溶液中，攪拌5小時，再在156℃繼續(xù)攪拌蒸發(fā)溶劑后，于780℃高溫熱解10小時，即得碳包覆的石墨烯；(3)包覆碳化硅：將碳化硅與步驟(1)所得碳包覆的石墨烯一并置于球磨機中研磨，將所得粉體置于管式爐中加熱焙燒，然后隨爐降至室溫，即得。優(yōu)選的，步驟(3)中的碳化硅是通過以下方法制備得到的：(31)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
1.一種超高壓的石墨烯電池，其特征在于，由正極極片、多層半導體及負極極片層壓后構(gòu)成，所述正極極片呈U形，所述正極極片具有至少三片，且三片正極極片互相套設在一起，位于內(nèi)部的正極極片U形開口最小，外部的正極極片U形開口最大，所述負極極片具有兩片，其呈方形，且大方形的負極極片套在小方形的負極極片的外面，貼在所述半導體的后部；多層半導體2具有上下疊加的兩層；所述正極極片、多層半導體及負極極片的厚度比值為1:5:2；所述正極極片包括正極鋁箔集流體及設在所述正極鋁箔集流體內(nèi)側(cè)表面的磷酸鐵鋰活性材料層；所述磷酸鐵鋰活性材料層上刷涂凝膠型電解液，以形成電解液層；凝膠型電解液包括：27質(zhì)量份的安全電解液、35質(zhì)量份的三氟甲基磺酰亞胺離子液體、38質(zhì)量份的聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸酯聚合物；所述安全電解液包括80質(zhì)量份的常規(guī)電解液、13質(zhì)量份的磷酸三苯酯和7質(zhì)量份的甲基氟代丁基醚；所述半導體緊貼所述電解液層；所述負極極片是復合材料，是在石墨烯表面依次包覆碳和碳化硅而得，其中，石墨烯、碳和碳化硅的質(zhì)量比為0.6∶0.04∶0.2；所述負極極片復合材料的制備方法如下：(1)分散石墨烯：石墨烯在聚氧乙烯蓖麻油的作用下均勻分散于乙二醇中；?(2)包覆碳：將步驟(1)所得分散石墨烯加入有機碳源水溶液中，攪拌5小時，再在156℃繼續(xù)攪拌蒸發(fā)溶劑后，于780℃高溫熱解10小時，即得碳包覆的石墨烯；(3)包覆碳化硅：將碳化硅與步驟(1)所得碳包覆的石墨烯一并置于球磨機中研磨，將所得粉體置于管式爐中加熱焙燒，然后隨爐降至室溫，即得。...

【技術特征摘要】
1.一種超高壓的石墨烯電池，其特征在于，由正極極片、多層半導體及負極極片層壓后構(gòu)成，所述正極極片呈U形，所述正極極片具有至少三片，且三片正極極片互相套設在一起，位于內(nèi)部的正極極片U形開口最小，外部的正極極片U形開口最大，所述負極極片具有兩片，其呈方形，且大方形的負極極片套在小方形的負極極片的外面，貼在所述半導體的后部；多層半導體2具有上下疊加的兩層；所述正極極片、多層半導體及負極極片的厚度比值為1:5:2；所述正極極片包括正極鋁箔集流體及設在所述正極鋁箔集流體內(nèi)側(cè)表面的磷酸鐵鋰活性材料層；所述磷酸鐵鋰活性材料層上刷涂凝膠型電解液，以形成電解液層；凝膠型電解液包括：27質(zhì)量份的安全電解液、35質(zhì)量份的三氟甲基磺酰亞胺離子液體、38質(zhì)量份的聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸酯聚合物；所述安全電解液包括80質(zhì)量份的常規(guī)電解液、13質(zhì)量份的磷酸三苯酯和7質(zhì)量份的甲基氟代丁基醚；所述半導體緊貼所述電解液層；所述負極極片是復合材料，是在石墨烯表面依次包覆碳和碳化硅而得，其中，石墨烯、碳和碳化硅的質(zhì)量比為0.6∶0.04∶0.2；所述負極極片復合材料的制備方法如下：(1)分散石墨烯：石墨烯在聚氧乙烯蓖麻油的作用下均勻分散于乙二醇中；(2)包覆碳：將步驟(1)所得分散石墨烯加入有機碳源水溶液中，攪拌5小時，再在156℃繼續(xù)攪拌蒸發(fā)溶劑后，于780℃高溫熱解10小...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王永秋，
申請(專利權)人：黑龍江聚攏華璽智能科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江,23