[发明专利]一种石墨烯正极片异质结掺杂的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯正极片异质结掺杂的制备方法。本发明属于化学电源技术领域。一种石墨烯正极片异质结掺杂的制备方法，采用等离子体增强化学气相沉积法掺杂异质结元素，工艺过程：1)将石墨烯材料、导电剂、粘结剂混合，溶解于有机溶剂中形成前驱体溶液，通过刮涂或擀膜方式制备石墨烯正极片；有机溶剂优选NMP或乙醇；2)将石墨烯正极片在真空100‑150℃条件下，保持12‑24h；3)将石墨烯正极片于PECVD设备抽真空至8*10^‑4Pa；4)将硼烷或磷烷通入PECVD设备起辉，硼烷、磷烷气体分解，对石墨烯正极片进行掺杂。本发明石墨烯异质结的掺杂不再局限于化学方法，其使用范围明显拓宽，同时具有安全性高、易于制备和大规模生产等优点。

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，特别是涉及一种石墨烯正极片异质结掺杂的制备方法。

背景技术

由于能源危机和环境污染带来的问题日益严重，为了降低对燃油的消耗，研发电动汽车的工作变得日益紧迫。目前技术最成熟的电动汽车用动力电源(动力电池)是锂离子电池。但是锂离子电池的功率密度低，不能大电流充电，导致充电时间过长，在实际应用中带来诸多不便。此外，锂离子电池还存在着循环寿命短的问题，在实际应用中，由于电池组的频繁更换带来极高的使用成本，进一步限制了电动汽车的普及。

为了解决这些问题，人们不断尝试改进锂离子电池的电化学性能，甚至研发新型的电源，以取代锂离子电池。在新型电源的研发工作中，Nanotek仪器提出了一种被称为石墨烯表面锂离子交换电池的新型电池，也被称为石墨烯表面锂离子交换电池。该电池通过材料表面吸附锂离子和表面氧化还原反应进行储能，这种储能机理决定了其具有高功率密度的特性，可以进行快速的充放电，其充电时间可以少于1分钟。同时，由于电极结构在充放电过程中不发生改变，使得该新型电池具有极高的循环寿命。而报道中未做优化的石墨烯表面锂离子交换电池的能量密度也与锂离子电池基本相当，这些条件使得该新型电池具有极高的应用潜力，也很有可能在电动汽车领域得到广泛的应用。根据此新型电池，大家提出石墨烯基锂离子电容器作为一种新型的化学电容器，既有锂离子电池的高能量，又有电容器的高功率，在当前化学电源领域中，有非常广阔的应用前景。

石墨烯基锂离子电容器选取石墨烯材料作为基本材料，原因在于它具有特殊的结构以及优良的性质。石墨烯是由具有六边形结构的sp²杂化碳原子构成的二维单层材料，在石墨烯片层中存在着两种键：σ-σ键和π键。σ-σ键存在于石墨烯的二维平面上，由于其键能最强，故使其具有良好的刚性结构。π键则存在于石墨烯的二维平面外，是由垂直于平面的p电子轨道相互叠加形成的，这种离域大π键的存在有利于其电子导电性且为石墨烯片层之间提供较弱的作用力。新型储能电源因其高效、实用、“绿色”等特点而在储能装置中占有突出地位，而如此优良的碳材料-石墨烯也必将会在各种新型储能电源中发挥其作用。

目前，石墨烯基锂离子电容器中石墨烯正极片的放电比容量和库伦效率的提升受到限制，并且含氧官能团和活性位点在长循环过程中导致循环稳定性较差，容量保持率衰减较快，这些问题会大幅度降低石墨烯锂离子电容器的能量密度，因此，并不具备实际应用的潜力。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种石墨烯正极片异质结掺杂的制备方法。

本发明的目的是提供一种石墨烯正极片异质结掺杂的制备方法。通过对石墨烯正极片进行异质结原子掺杂，如B、P、N等，可以对正极片表面进行修饰，增加其他官能团、活性位点或提高正极片的导电性，进而提高电池的放电比容量和循环稳定性。

本发明石墨烯正极片异质结掺杂的制备方法所采取的技术方案是：

一种石墨烯正极片异质结掺杂的制备方法，其特点是：石墨烯正极片异质结掺杂的制备方法，采用等离子体增强化学气相沉积法掺杂异质结元素，工艺过程：

1)将石墨烯材料、导电剂、粘结剂混合，溶解于有机溶剂中形成前驱体溶液，通过刮涂或擀膜方式制备石墨烯正极片；有机溶剂优选NMP或乙醇；