[发明专利]一种高效率锂离子电池及制备该电池的方法

权利要求书

1.一种高效率锂离子电池，包括石墨烯-LiFePO₄复合材料电池正极、石墨烯纳米复合材料电池负极、复合隔膜和电解液，其特征在于：所述复合隔膜包括上、下两层静电纺聚偏氟乙烯-六氟丙烯纳米纤维层和中间一层石墨烯复合原料层，所述石墨烯复合原料包括聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮中、聚乙烯吡咯烷酮和石墨烯。

2.根据权利要求1所述的高效率锂离子电池，其特征在于：所述电解液由碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯溶剂组成。

3.根据权利要求1所述的高效率锂离子电池，其特征在于：所述石墨烯-LiFePO₄复合材料包括三维石墨烯和LiFePO₄。

4.根据权利要求1所述的高效率锂离子电池，其特征在于：所述石墨烯纳米复合材料包括三维石墨烯和金属氧化物纳米粒子。

5.根据权利要求4所述的高效率锂离子电池，其特征在于：所述无机纳米粒子为SnO₂纳米粒子。

6.一种制备权利要求1-5任意一项所述的高效率锂离子电池的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：石墨烯-LiFePO₄复合材料的制备：将制备好的碳包覆LiFePO₄，与一定量的三维石墨烯按照100：2的比例复合，制成石墨烯-LiFePO4复合材料；

步骤二：石墨烯纳米复合材料的制备：将一定量的金属氧化物纳米粒子包裹于三维石墨烯中形成似胶囊结构的石墨烯纳米复合材料；

步骤三：复合隔膜的制备包括以下步骤：

1)石墨烯复合原料的制备：取0.2g聚偏氟乙烯加入6mL的N-甲基吡咯烷酮中40℃搅拌1.8h；再加入0.1g聚乙烯吡咯烷酮，搅拌2h，加入8g石墨烯，继续搅拌1.5h,超声0.5h，可得到分散均匀的石墨烯复合原料；

2)静电纺聚偏氟乙烯-六氟丙烯纳米纤维层的制备：在静电纺聚偏氟乙烯-六氟丙烯充分干燥后加入DMF和丙酮的混合液中，配制质量分数为20％的聚偏氟乙烯-六氟丙烯纺丝液原料，纺制两单层静电纺聚偏氟乙烯-六氟丙烯纤维；

3)复合隔膜的制备：将步骤1)中的石墨烯复合原料使用自动涂布机刮涂的方法刮涂于下层静电纺聚偏氟乙烯-六氟丙烯纤维层上部面，再将上层静电纺聚偏氟乙烯-六氟丙烯纤维层覆盖于下层静电纺聚偏氟乙烯-六氟丙烯纤维层上部面，形成复合隔膜；

步骤四：将制备的石墨烯-LiFePO₄复合材料作为正极材料，均匀涂于铝箔上制成正极片；制备好的石墨烯纳米复合材料作为负极材料，与复合隔膜和电解液共同构成锂离子电池。

7.根据权利要求6所述的制备高效率锂离子电池的方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二中所述的三维石墨烯的制作方法如下：通过改性Hummer法制备石墨烯溶液，首先称取适量的氧化石墨烯溶液倒入反应釜中，放入烘箱中反应，待自然冷却后再进一步还原氧化，冷冻干燥，最后将冷冻干燥后的还原氧化石墨烯样品放入到CVD炉子中进行氮化处理，即可得到三维石墨烯。

8.根据权利要求7所述的制备高效率锂离子电池的方法，其特征在于：所述三维石墨烯的制作方法中，所述氧化石墨烯溶液的制备方法如下：按比例为1:1:50称取鳞片石墨、硝酸钠和浓硫酸混合、搅拌，再加入适量的鳞片石墨6倍量的高锰酸钾，反应并保温，再想容器中加入浓硫酸0.8倍量的蒸馏水，温度91-93℃下反应，降温至65℃，再向其中加入双氧水和蒸馏水，搅拌得到氧化石墨烯，最后通过透析和超声得到氧化石墨烯溶液。

9.根据权利要求6所述的制备高效率锂离子电池的方法，其特征在于：所述步骤二中金属氧化物纳米粒子为SnO₂纳米粒子。

10.根据权利要求9所述的制备高效率锂离子电池的方法，其特征在于：所述步骤二：石墨烯纳米复合材料的制备：采用水热法将SnO₂纳米粒子插入所述三维石墨烯片层中形成似胶囊结构的石墨烯-SnO₂纳米复合材料。