[发明专利]一种石墨烯正极极片、其制备方法及铝-石墨烯电池

说明书

本发明提供了一种石墨烯正极极片的制备方法，包括以下步骤：a)将石墨烯分散至水中，搅拌得到石墨烯分散液；b)将步骤a)得到的石墨烯分散液稀释后，依次进行震荡、抽滤和冻干，得到石墨烯薄膜；c)将步骤b)得到的石墨烯薄膜进行辊压，再在氩气保护下进行退火处理，冷却后，得到石墨烯正极极片。与现有技术相比，本发明采用特定工艺制备得到石墨烯正极极片，该产品同时具有高晶粒取向、大尺寸片层和少缺陷；同时，采用本发明提供的制备方法得到的石墨烯正极极片进一步得到的铝‑石墨烯电池具有优异的性能。实验结果表明，本发明提供的铝‑石墨烯电池在100A/g恒流充放电下，经过27000次循环后容量依然保持在在0.10Ah/g以上。

技术领域

本发明涉及铝离子电池技术领域，更具体地说，是涉及一种石墨烯正极极片、其制备方法及铝-石墨烯电池。

背景技术

铝是一种性能优异的金属负极，其理论比容量高达2980mAhg^-1，并且铝的导电性良好，反应速率快。同时，铝在地壳中的丰度高，相比于其它金属负极(如锂、钠等)，其价格低廉且盛传工艺成熟。另外，铝在空气中化学性质稳定，且有较高的化学电动势(1.38V vsLi/Li⁺)。但是，目前市面上铝离子电池在循环性能、倍率性能、功率密度等方面依然无法和成熟的商业锂电池相比。

在过去几十年，研究人员致力于研发商业可行的铝离子电池。如公开号为CN106602062A的中国专利公开了一种石墨烯气凝胶正极材料的制备方法及其在铝离子电池中的应用，以超高导石墨烯气凝胶为正极、以铝金属或铝合金为负极制备得到铝离子电池。其采用的石墨烯是一种新兴的二维材料，具有优异的导电性、极高的比表面积和超常的杨氏模量等性能，并且这些性能正被高倍率电池正极所需要。但是，上述文献及其他现有技术多着眼于石墨烯正极的导电性而未关注石墨烯正极的微观结构，制备得到的石墨烯正极极片很少同时具备高取向、大片层、低缺陷的特性，对提高铝离子电池的性能存在一定局限。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种石墨烯正极极片、其制备方法及铝-石墨烯电池，采用本发明提供的制备方法得到的石墨烯正极极片同时具有高晶粒取向、大尺寸片层和少缺陷，进一步得到的铝-石墨烯电池具有优异的性能。

本发明提供了一种石墨烯正极极片的制备方法，包括以下步骤：

a)将石墨烯分散至水中，搅拌得到石墨烯分散液；

b)将步骤a)得到的石墨烯分散液稀释后，依次进行震荡、抽滤和冻干，得到石墨烯薄膜；

c)将步骤b)得到的石墨烯薄膜进行辊压，再在氩气保护下进行退火处理，冷却后，得到石墨烯正极极片。

优选的，步骤a)中所述石墨烯为商品石墨烯浆料；所述商品石墨烯浆料的浓度为1wt％～10wt％，平均层数为1层～5层，晶粒尺寸为4μm～10μm。

优选的，步骤b)中所述稀释的倍率为1倍～50倍。

优选的，步骤b)中所述震荡的方式为超声振荡；所述超声振荡的水浴温度25℃～40℃，时间为30min～180min。

优选的，步骤b)中所述冻干的温度为-70℃～-50℃，时间为24h～60h。

优选的，步骤c)中所述辊压的压力为5MPa～80MPa。

优选的，步骤c)中所述退火处理的温度为900℃～2800℃，时间为10min～720min。

本发明还提供了一种石墨烯正极极片，由权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到。

本发明还提供了一种铝-石墨烯电池，包括正极极片、铝箔负极极片、隔膜和电解液；

所述正极极片为上述技术方案所述的石墨烯正极极片或上述技术方案所述的制备方法制备得到的石墨烯正极极片。