[发明专利]一种石墨烯高能电池

说明书

本发明公开一种石墨烯高能电池，包括石墨烯包裹Li_0.89Ti_0.11FePO₄的电池正极，Li₁₁Si₂PS₁₂材料制备的固态电解质膜和石墨烯包裹硅基材料制备的电池负极，所述固态电解质膜设置在电池正极和电池负极之间，本发明以按摩尔质量比为11:4:1的Li₂S颗粒、SiS₂颗粒和P₂S₅颗粒为原料，以高能球磨法研磨和混合，以熔融聚苯醚为粘合剂制成片材，片材经过轧辊倾轧、热压成型和氯仿浸泡后得到Li₁₁Si₂PS₁₂固态电解质膜。本发明制备的石墨烯电池具有安全稳定，重量能量密度高的优点，且制备过程无需高压，制备成本低。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯高能电池。

背景技术

石墨烯狭义上指单层石墨，厚度为0.335nm，仅有一层碳原子，但实际上10层以内的石墨结构也可称作石墨烯。而10层以上的则被称为石墨薄膜。石墨烯的每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个杂化，并贡献剩余一个p轨道电子形成二键，二电子可以自由移动，赋予石墨烯优异的导性。纯石墨烯材料由于首次循环库伦效率低，充放电平台较高且循环性能稳定性差，不能作为电极使用。

石墨烯电池，利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源电池。以石墨烯改性电池正负极是目前石墨烯在电池领域最为广泛和成熟的应用，利用石墨烯来提高离子传导速度，提高比容量和循环性能等。石墨烯电池的研发目前最大的难题是实现工业化生产，解决生产设备复杂和生产成本高的问题。

发明内容

本发明提供一种石墨烯高能电池，本发明制备的石墨烯电池具有安全稳定，重量能量密度高的优点，且制备过程无需高压。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯高能电池，包括石墨烯包裹Li_0.89Ti_0.11FePO₄的电池正极，Li₁₁Si₂PS₁₂材料制备的固态电解质膜和石墨烯包裹硅基材料制备的电池负极，所述固态电解质膜设置在电池正极和电池负极之间，固态电解质膜的制备方法为：按摩尔质量比11:4:1将Li₂S颗粒、SiS₂颗粒和P₂S₅颗粒加入球磨机中在500～600r/min的转速下球磨12～20h，球磨结束后得到混料，混料与熔融聚苯醚混合并压成片材，片材温度为190～210℃时用轧辊倾轧，倾轧20～30次后将片材热压成型，然后放入氯仿中浸泡10～16h，再水洗烘干，最后得到Li₁₁Si₂PS₁₂固态电解质膜，所述热压成型和煅烧在氮气气氛下进行。

进一步地，所述石墨烯包裹硅基材料的制备方法为：将一氧化硅浸泡在单层氧化石墨烯的水溶液中，然后取出干燥，再置于管式炉中以氩气为保护气体在900～1100℃下加热30～45min,最后炉冷。

进一步地，所述电池正极和电池负极贴靠固态电解质膜的一面经抛光处理。

进一步地，所述混料与熔融聚苯醚的质量比为1:0.4～0.7。

进一步地，所述球磨用球为氧化锆球，球料比为30～40:1。

进一步地，所述管式炉的升温速率小于5℃/min。

本发明的有益效果：