CN105576295B - 石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池领域，尤其涉及石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置及工艺，装置包括石墨烯岛、石墨烯锂电池岛、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛、铝镁合金空气电池岛、远程防爆监控岛；石墨烯岛与石墨烯锂电池岛、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛连接，石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛与石墨烯锂电池岛连接，铝镁合金空气电池岛与石墨烯锂电池岛连接，远程防爆监控岛用于实时在线监控确保安全。本发明的有益效果在于：一是低成本生产石墨烯锂电池；二是利用铝镁合金空气电池和石墨烯硅合金贴膜太阳能发电为石墨烯锂电池充电，增加续航里程，方便适合远行；三是一体化总重量不到锂离子电池重量的一半，提高电能有效利用率。

Description

石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置及工艺

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置及工艺。

背景技术

随着燃油、燃气(天然气)汽车工业的普及，汽车尾气排放日益成为污染空气的的世界性问题。因此，发展清洁新能源必将成为未来汽车工业的大趋势。

目前，锂离子电池驱动的电动汽车的主要缺陷，一是行驶续航里程短，续航能力大多在135公里(日产Leaf)至480公里(特斯拉S型)之间。二是需要安装充电站，充电时间长，大长需要充电30分钟以上。三是锂离子电池重量太重，如特斯拉S型锂离子电池500公斤，增加能量无效消耗。

石墨烯电池，国内外研究较多，但是在产业化大量应用的还没有公开报道。主要问题，一是石墨烯生产成本昂贵，二是快速充电和大幅度提高续航能力的核心问题没有得到有效解决。

发明内容

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置及工艺，降低石墨烯成本，同时将石墨烯用于电池生产，生产的石墨烯能够提高几倍到几十倍的续航能力，实现产业化式生产。

本发明是通过以下技术方案达到上述目的：石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置，包括：石墨烯岛、石墨烯锂电池岛、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛、铝镁合金空气电池岛、远程防爆监控岛；石墨烯岛与石墨烯锂电池岛、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛连接，石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛与石墨烯锂电池岛连接，铝镁合金空气电池岛与石墨烯锂电池岛连接，远程防爆监控岛用于实时在线监控确保安全。

作为优选，所述石墨烯锂电池岛、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛、铝镁合金空气电池岛产生的电作为车用电源为汽车提供电力。

作为优选，所述石墨烯岛包括送料器、石墨烯等离子体炬、石墨烯装置，煤、有机炭、石墨通过送料器送入石墨烯等离子体炬进行石墨化后送入石墨烯装置内制取石墨烯。

作为优选，石墨烯锂电池岛为石墨烯锂电池，石墨烯锂电池包括：石墨烯锂电极和充电装置；铝镁合金空气电池岛为铝镁合金空气电池。

作为优选，所述石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛为石墨烯硅合金贴膜太阳能发电蓄电器，将石墨烯硅合金贴膜贴在车体外壳进行太阳能发电。

作为优选，石墨烯锂电极的电极芯排列方式为长方型或圆型。

作为优选，石墨烯锂电极的电极芯的形状类型为方型或圆型或亚铃型或工字型。

作为优选，石墨烯锂电极的电极芯的打孔方法为纵向打孔或横向打孔或纵横结合打孔或网状打孔。

作为优选，石墨烯锂电池、铝镁合金空气电池、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电蓄电器的数量比例1—5：1—15：1。

石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备工艺，包括以下步骤：

1)打开远程防爆监控系统电源，在线监控生产流程和厂区环境，确保安全生产；

2)将煤、有机炭、石墨用电极炉或等离子炬进行1300—3600℃高温石墨化处理后，采用机械剥离法制备单层石墨烯；

3)将石墨烯与锂制备石墨烯锂电极芯后制取石墨烯锂电池；

4)将高铝粉煤灰或电石灰渣、硼砂灰渣用变频电极炉制备高纯度的金属铝、镁和硅；

5)将金属铝、镁制备铝镁合金后制取铝镁合金空气电池；

6)将石墨烯与硅制备石墨烯硅合金贴膜后制取石墨烯硅合金贴膜太阳能发电蓄电器；

7)将石墨烯锂电池、铝镁合金空气电池、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电蓄电器按一定数量排列方式安装到汽车上。

本发明的有益效果在于：一是低成本生产石墨烯锂电池；二是利用铝镁合金空气电池和石墨烯硅合金贴膜太阳能发电为石墨烯锂电池充电，增加续航里程，方便适合远行；三是一体化总重量不到锂离子电池重量的一半，提高电能有效利用率。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1的结构示意图；

图3是石墨烯锂电池电极芯的结构示意图；A为方形形状呈长方型排列的石墨烯锂电池的电极芯；B为圆形形状呈圆型排列的石墨烯锂电池的电极芯；C为方形形状呈哑铃型排列的石墨烯锂电池的电极芯，D为圆形形状呈工字型排列的石墨烯锂电池的电极芯；

图4是石墨烯锂电池电极芯夹芯打孔的结构示意图；E为圆型墨烯锂电池电极芯夹芯纵向打孔；F为方型墨烯锂电池电极芯夹芯纵横向打孔；

图5是实施例2的结构示意图；

图6是实施例3的结构示意图；

图中：1、车用电电源线；2、电极芯；3、充点电线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

石墨烯岛，包括制备石墨烯装置。石墨烯原料优选煤(高铝煤、无烟煤)、或有机炭(如核桃壳炭、竹炭、木炭)、石墨。

石墨烯锂电池岛，包括石墨烯锂电极和充电装置。

石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛，包括石墨烯硅合金贴膜太阳能发电蓄电器装置，当石墨烯锂电池电用完的时候，为石墨烯锂电池充电。墨烯硅合金贴膜贴在车体外壳，在利用太阳能发电的同时，还可起到防雨滴、防灰尘粘滞的作用。

铝镁合金空气电池岛，包括铝镁合金空气电池装置，当石墨烯锂电池电用完的时候，为石墨烯锂电池充电。

石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛和铝镁合金空气电池岛产生的电，也可以直接作为车用电源。

石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛和铝镁合金空气电池岛所需的硅、铝、镁物质，优选用高铝粉灰或电石灰渣、硼砂灰渣中提取。

如图1所示，石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置，包括：石墨烯岛、石墨烯锂电池岛、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛、铝镁合金空气电池岛、远程防爆监控岛；石墨烯岛与石墨烯锂电池岛、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛连接，石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛与石墨烯锂电池岛连接，铝镁合金空气电池岛与石墨烯锂电池岛连接，远程防爆监控岛用于实时在线监控确保安全。

实施例1：如图2所示，石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置，包括：送料器、石墨烯等离子体炬、石墨烯装置、石墨烯锂电池、铝镁合金空气电池、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电蓄电器、远程防爆监控系统；所示送料器与石墨烯等离子体炬连接，石墨烯等离子体炬与石墨烯装置连接，石墨烯装置与石墨烯硅合金贴膜太阳能发电蓄电器、石墨烯锂电池连接，铝镁合金空气电池与石墨烯锂电池连接，石墨烯锂电池、铝镁合金空气电池与车用电源连接，远程防爆监控岛用于实时在线监控确保安全。

如图3所示，石墨烯锂电池包括石墨烯锂电极和充电装置，充电装置包括车用电电源线1、充电电线3，石墨烯锂电极的电极,2排列方式包括长方形或圆形。石墨烯锂电池的电极芯2的形状类型为优选方型、或圆型、亚铃型、工字型、空心方型、空心圆型。石墨烯锂电池电极的长度为20—80cm。图中，A为方形形状呈长方型排列的石墨烯锂电池的电极芯，B为圆形形状呈圆型排列的石墨烯锂电池的电极芯；C为方形形状呈哑铃型排列的石墨烯锂电池的电极芯，D为圆形形状呈工字型排列的石墨烯锂电池的电极芯。

基于上述装置实现的石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备工艺，包括以下步骤：

1)打开远程防爆监控系统电源，在线监控生产流程和厂区环境，确保安全生产；

2)将煤、有机炭、石墨用电极炉或等离子炬进行1300—3600℃高温石墨化处理后，采用机械剥离法制备单层或多层石墨烯；

3)将石墨烯与锂制备石墨烯锂电极芯后制取石墨烯锂电池。

4)将高铝粉煤灰或电石灰渣、硼砂灰渣用变频电极炉制备高纯度的金属铝、钛、镁和硅；

5)将金属铝、镁制备铝镁合金后制取铝镁合金空气电池；

6)将石墨烯与硅制备石墨烯硅合金贴膜后制取石墨烯硅合金贴膜太阳能发电蓄电器；

7)将石墨烯锂电池、铝镁合金空气电池、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电蓄电器按一定数量排列方式安装到汽车上。

本发明能增加快速充电的特征在于墨烯锂电池电极芯夹芯结构的打孔方法为纵向打孔、横向打孔、纵横结合打孔或网状打孔。图4所示为采用纵向打孔及纵横向打孔方法的石墨烯锂电池电极芯夹芯结构示意图，图中E为圆型墨烯锂电池电极芯夹芯纵向打孔，F为方型墨烯锂电池电极芯夹芯纵横向打孔。

实施例2：如图5所示，本发明与实施例的区别在于，石墨烯锂电池、铝镁合金空气电池、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电蓄电器的数量比例1：3：1。事实上，石墨烯锂电池、铝镁合金空气电池、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电蓄电器的数量比例可变范围在1—5：1—15：1，能够提高几倍到几十倍的电池续航能力。

实施例3：本发明除了生产石墨烯锂电池外，可以通过联产方式，生产多种类型的产品。如：石墨烯氮硅电池、石墨烯光子便携式电容器、石墨烯氮汽车便携式充电宝、石墨烯硅太阳能车顶升降发电、石墨烯氮化硅太阳能车罩发电，以及多晶硅、氮化硅、氮化硅铝钛碳黑、石墨烯氮化硅等高附加值产品。

如图6所示，石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置包括：煤基岛、生物质岛、氮化硅铝钛碳黑岛、石墨化岛、石墨烯岛、多晶硅岛、粉煤灰岛、氮化硅岛、石墨烯硅岛、石墨烯氮化硅岛、石墨烯硅太阳能车顶升降发电岛、石墨烯硅太阳能车贴膜发电岛、石墨烯氮化硅太阳能车罩发电岛、石墨烯锂电池岛、石墨烯锂空气电池岛、石墨烯氮硅电池岛、石墨烯光子电池岛、石墨烯量子电池岛、石墨烯光子便携式电容器岛、石墨烯氮汽车便携式充电宝岛；所述煤基岛、生物质岛与氮化硅铝钛碳黑岛、石墨化岛连接，石墨化岛与石墨烯岛连接，粉煤灰岛与氮化硅岛、氮化硅铝钛碳黑岛、多晶硅岛连接，多晶硅岛、石墨烯岛与石墨烯硅岛、石墨烯氮化硅岛连接，石墨烯硅岛与石墨烯硅太阳能车顶升降发电岛、石墨烯硅太阳能车贴膜发电岛连接，石墨烯氮化硅岛与石墨烯氮化硅太阳能车罩发电岛连接，石墨烯岛与石墨烯锂电池岛、石墨烯氮硅电池岛、石墨烯光子便携式电容器岛、石墨烯氮汽车便携式充电宝岛连接。

生物质岛，包括用稻草、稻壳、麦草、茅草、棉花秸秆、棉籽壳、玉米秸秆、玉米棒芯、大豆秸秆、高粱秸秆、核桃壳、豆渣、菌渣、酒糟、生活垃圾等有机物质经高温石墨化处理制取石墨烯产品。

氮化硅岛，包括用粉煤灰中的二氧化硅与氮气在等离子体催化器内低成本制取氮化硅。

氮化硅铝钛碳黑岛，包括用煤基或生物质加适量粉煤灰在电极炉、或等离子体催化制取氮化硅铝钛碳黑。

本发明除了生产石墨烯锂电池外，可以通过联产方式，生产多种类型的产品。如：石墨烯氮硅电池、石墨烯光子便携式电容器、石墨烯氮汽车便携式充电宝、石墨烯硅太阳能车顶升降发电、石墨烯氮化硅太阳能车罩发电，以及多晶硅、氮化硅、氮化硅铝钛碳黑、石墨烯氮化硅等高附加值产品。本实施例基于本发明实施例1的基础上进行了扩展，通过联产方式增加高附加值产品，同时生产的产品能够解决续航能力差等问题，实现规模化生产。

以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置，其特征在于包括：石墨烯岛、石墨烯锂电池岛、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛、铝镁合金空气电池岛、远程防爆监控岛；石墨烯岛与石墨烯锂电池岛、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛连接，石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛与石墨烯锂电池岛连接，铝镁合金空气电池岛与石墨烯锂电池岛连接，远程防爆监控岛用于实时在线监控确保安全。

2.根据权利要求1所述的石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置，其特征在于，所述石墨烯锂电池岛、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛、铝镁合金空气电池岛产生的电作为车用电源为汽车提供电力。

3.根据权利要求1所述的石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置，其特征在于，所述石墨烯岛包括送料器、石墨烯等离子体炬、石墨烯装置，煤、有机炭、石墨通过送料器送入石墨烯等离子体炬进行石墨化后送入石墨烯装置内制取石墨烯。

4.根据权利要求1所述的石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置，其特征在于，石墨烯锂电池岛为石墨烯锂电池，石墨烯锂电池包括：石墨烯锂电极和充电装置；铝镁合金空气电池岛为铝镁合金空气电池。

5.根据权利要求1所述的石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置，其特征在于，所述石墨烯硅合金贴膜太阳能发电岛为石墨烯硅合金贴膜太阳能发电蓄电器，将石墨烯硅合金贴膜贴在车体外壳进行太阳能发电。

6.根据权利要求4所述的石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置，其特征在于，石墨烯锂电极的电极芯排列方式为长方型或圆型。

7.根据权利要求4所述的石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置，其特征在于，石墨烯锂电极的电极芯的形状类型为方型或圆型或亚铃型或工字型。

8.根据权利要求7所述的石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置，其特征在于，石墨烯锂电极的电极芯的打孔方法为纵向打孔或横向打孔或纵横结合打孔或网状打孔。

9.根据权利要求1-8任一权利要求所述的石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备装置，其特征在于，石墨烯锂电池、铝镁合金空气电池、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电蓄电器的数量比例1—5：1—15：1。

10.石墨烯锂与铝镁合金电池太阳能一体化制备工艺，其特征在于包括以下步骤：

1)打开远程防爆监控系统电源，在线监控生产流程和厂区环境，确保安全生产；

2)将煤、有机炭、石墨用电极炉或等离子炬进行1300—3600℃高温石墨化处理后，采用机械剥离法制备单层石墨烯；

3)将石墨烯与锂制备石墨烯锂电极芯后制取石墨烯锂电池；

4)将高铝粉煤灰或电石灰渣、硼砂灰渣用变频电极炉制备高纯度的金属铝、钛、镁和硅；

5)将金属铝、镁制备铝镁合金后制取铝镁合金空气电池；

6)将石墨烯与硅制备石墨烯硅合金贴膜后制取石墨烯硅合金贴膜太阳能发电蓄电器；

7)将石墨烯锂电池、铝镁合金空气电池、石墨烯硅合金贴膜太阳能发电蓄电器按一定数量排列方式安装到汽车上。