CN114551830A - 一种氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料的制备方法 - Google Patents

一种氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料的制备方法，将45‑60g人造石墨粉加入到10‑20ml正丁醇中，以50r/min‑150r/min的速率搅拌1‑2h，得到A溶液；0.1‑0.3g氧化石墨烯与0.3‑0.6g聚乙烯醇1788型溶于去离子水中，搅拌，将得到的混合溶液与A溶液混合，常温搅拌；将悬浮液干燥；干燥的样品加热，过筛。优点是：简化制备工艺，利用长时间搅拌并经高温处理后可实现大规模生产氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料。

Description

一种氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料的制备方法。
背景技术
在锂电池首次循环时由于电解液和负极材料在固液相间层面上发生反应，继而形成一层SEI膜，它允许锂离子通过，阻碍电子通过，可以防止电解液的进一步消耗，因此拓宽了电解液的电化学窗口，然而，SEI膜的生成也会造成较大的不可逆容量，降低了首次库仑效率，特别是对于全电池而言，较低的首次库仑效率意味着有限锂源的损失。现如今的商业化石墨负极材料的首效一般为91％-92％，对于锂离子的储存有待进一步提高。
石墨烯具有超高导电性、柔性，将其包覆在电极材料表面，如同为其“穿上”了量身定制的“魔法衣”，既能增强电子转移速率，提高导电性，又能约束其体积变化，大幅提高放电容量、充放电次数等性能。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料的制备方法，采用简单的包覆法将氧化石墨烯包覆在人造石墨负极材料表面，有效提高了人造石墨的首效和容量。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将45-60g人造石墨粉加入到10-20ml正丁醇中，以50r/min-150r/min的速率搅拌1-2h，得到A溶液；
2)0.1-0.3g氧化石墨烯与0.3-0.6g聚乙烯醇1788型溶于70-85ml去离子水中，搅拌15-30min后，将得到的混合溶液与A溶液混合，并以50-150r/min的速率常温搅拌20-30h；
3)将步骤2)得到的悬浮液放入鼓风干燥箱中100-150℃干燥20-30h；
4)将干燥的样品取出放入刚玉坩埚中，在高纯氮气的气氛中以升温速率为3-6℃/min升至1100-1300℃，并恒温1-3h；
5)待温度冷却至室温，取出样品并研磨过200目的标准筛网，得到成品。
所述的氧化石墨烯为3-8层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用较少的3-8层氧化石墨烯和聚乙烯醇1788型，简化制备工艺，利用长时间搅拌并经高温处理后可实现大规模生产氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料。并且制备的氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料有效地提高了人造石墨的首效，极大的提高了材料的储锂首效，增强了材料对锂离子的储存能力。电化学结果表明，由于氧化石墨烯的存在，人造石墨负极材料的首效提高至95.15％，容量提高到385毫安时/克，极大提升了人造石墨在锂离子负极材料中的巨大市场地位。
附图说明
图1(a)是氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料的库伦效率图。
图1(b)是氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料的循环性能图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
一种氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将45-60g人造石墨粉加入到10-20ml正丁醇中，以50r/min-150r/min的速率搅拌1-2h，得到A溶液。
2)0.1-0.3g氧化石墨烯与0.3-0.6g聚乙烯醇1788型(重均分子量Mw为67000±100)溶于70-85ml去离子水中，搅拌15-30min后，将得到的混合溶液与A溶液混合，并以50-150r/min的速率常温搅拌20-30h；
3)将步骤2)得到的悬浮液放入鼓风干燥箱中100-150℃干燥20-30h；
4)将干燥的样品取出放入刚玉坩埚中，在高纯氮气的气氛中以升温速率为3-6℃/min升至1100-1300℃，并恒温1-3h；
5)待温度冷却至室温，取出样品并研磨过200目的标准筛网，取筛下物，得到成品。
实施例1
氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料的制备：
1)人造石墨粉悬浮液的配制：
将52g人造石墨粉加入到16.5ml正丁醇中以100r/min搅拌1.5h，得到A溶液。
2)氧化石墨烯和聚乙烯醇混合溶液的制备：
a.0.26g的3-8层氧化石墨烯和0.52g聚乙烯醇1788型(重均分子量Mw为67000±100)溶于83ml去离子水中，搅拌20min后制成B溶液。然后，将A溶液与B溶液混合并以100r/min的速率常温搅拌24h。
b.将上述悬浮液放入鼓风干燥箱中120℃干燥24h。
3)氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料的制备：
a.将2)得到的样品取出放入刚玉坩埚中，以4.58℃/min的升温速率升温至1250℃并恒温2h，气氛为高纯氮气。
b.待温度冷却至室温，取出样品并研磨过200目的标准筛网，得到成品。
锂离子电池的组装包括电极片的制备以及组装锂离子电池的过程，具体如下：
(1)干磨：氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料、导电剂(乙炔黑，SP)、粘结剂(聚偏氟乙烯，PVDF)三者质量按照8:1:1的比例在玛瑙研钵中研磨均匀。
(2)湿磨调浆：向玛瑙研钵中滴加氮甲基吡咯烷酮(NMP)，继续研磨直至成均匀的粘稠状浆液。
(3)涂片：将粘稠状浆液均匀涂覆在铜箔上。
(4)干燥：将电极片置于空气中，80℃下干燥1h，然后转移至真空干燥箱中在120℃下干燥12h。
(5)裁片：使用冲片机将电极片裁剪成直径为11mm的圆片。
(6)电极片制备完成后，采用CR2032型扣式电池在真空手套箱(水浓度<0.1ppm，氧气浓度<0.1ppm)中组装锂离子电池。锂离子电池对电极为锂片，具体组装顺序为负极壳、锂片、隔膜、100ul电解液、电极片、钢片、弹片、正极壳，电池组装完毕后，静置12h后进行电化学性能相关测试。
见图1(a)，由图知，材料首圈库伦效率为95.15％，随着循环的进行，库伦效率几乎都接近100％。见图1(b)，从图中看出材料首圈放电比容量为406.31mAh/g，首圈充电比容量为386.61mAh/g，循环10圈以后库伦效率接近100％，且循环500圈后放电比容量维持在357mAh/g，充电比容量维持在356.6mAh/g，接近石墨的理论储锂容量。

Claims (2)

1.一种氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将45-60g人造石墨粉加入到10-20ml正丁醇中，以50r/min-150r/min的速率搅拌1-2h，得到A溶液；
2)0.1-0.3g氧化石墨烯与0.3-0.6g聚乙烯醇1788型溶于70-85ml去离子水中，搅拌15-30min后，将得到的混合溶液与A溶液混合，并以50-150r/min的速率常温搅拌20-30h；
3)将步骤2)得到的悬浮液放入鼓风干燥箱中100-150℃干燥20-30h；
4)将干燥的样品取出放入刚玉坩埚中，在高纯氮气的气氛中以升温速率为3-6℃/min升至1100-1300℃，并恒温1-3h；
5)待温度冷却至室温，取出样品并研磨过200目的标准筛网，得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯包覆人造石墨锂离子负极材料的制备方法，其特征在于，所述的氧化石墨烯为3-8层。
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