[发明专利]一种基于电化学阴极剥离的石墨烯纳米片的电池正极的制备方法及一种铝离子电池

说明书

本申请公开了一种电池正极的制备方法，包括以下步骤：1)获得电化学阴极剥离的石墨烯纳米片；2)将含有电化学阴极剥离的石墨烯纳米片的分散液，分散均匀，除去分散液中的大部分溶剂，得到湿润的平整的石墨烯膜；3)将所述石墨烯膜压制成型，得到所述电池正极。以及含有该电池正极的铝离子电池。该方法基于电化学阴极剥离制备的高质量石墨烯正极材料，缩短了电池的制备时间。极片自支撑无需外加粘结剂、导电炭黑等添加剂。本申请所提供的铝离子电池，电解液环保、宽温域、阻燃，所得到的铝离子电池具有优异的循环、倍率性能、高容量、高体积能量和高功率。

技术领域

本申请涉及一种铝离子电池领域，且特别涉及一种电化学阴极剥离石墨烯的高性能铝离子电池正极的制备方法。

背景技术

近年来，随着锂金属资源日益紧缺，以及电动汽车等大型设备锂离子电池能量密度与功率密度的要求不断提高，商业化的锂离子电池已难以满足电动汽车长续航与快速充放电的特点。且所使用的电解液易燃、有毒、易挥发以及，难以满足广大市场的需求。

铝离子电池以其在地壳中铝含量高，成本低，较Li金属具有更好的空气稳定性和安全性，以及更高的比容量和能量密度，是视为锂离子电池的理想替代。自2015年戴宏杰团队在Nature上首次报道利用3D泡沫石墨烯作为正极材料得到具有超快充电、不易燃烧爆炸、可折迭、材料成本低、安全性能优异的铝离子电池之后，对利用石墨烯宏观体材料作为铝离子电池正极材料的关注度逐年递增。2016年，湖南大学鲁兵安教授等人利用等离子体轰击的3D泡沫石墨烯得到多孔石墨烯宏观体作为正极材料后，显著地降低了铝离子电池工作电压，并提升了电池在不同温度下使用的范围。2017年，浙江大学高超团队，利用高温还原氧化石墨烯得到具有“三高-三连通”无缺陷石墨烯膜作为铝离子电池正极材料，将循环稳定性、倍率和温度使用范围提升到前所未有的新高度。

但是在制备石墨烯基薄膜材料是时，常采用的化学还原和热裂解的方法都是高能耗、高污染的制备过程。所以开发一种低成本、高性能铝离子电池对其商业实际应用至关重要。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种电池正极的制备方法，该方法基于电化学阴极剥离的高质量石墨烯为正极材料，以获得高安全性、高容量、倍率性能、高体积能量密度以及宽温域的铝离子电池。

所述电池正极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获得电化学阴极剥离的石墨烯纳米片；

2)将含有电化学阴极剥离的石墨烯纳米片的分散液，分散均匀，除去分散液中的大部分溶剂，得到湿润的平整的石墨烯膜；

3)将所述石墨烯膜压制成型，得到所述电池正极。

可选地，步骤1)包括：

以含有氢氧化物的溶液作为电解液，以含有石墨的原料作为电化学阴极，以导电材料作为电化学阳极；

所述电解液、电化学阳极和电化学阴极构成电化学回路；

在电化学阴极和电化学阳极之间施加电压，电化学阴极剥离石墨，制备石墨烯纳米片。

可选地，步骤2)中，所述含有电化学阴极剥离的石墨烯纳米片的分散液中石墨烯的浓度为0.5-5.0mg ml^-1。

可选地，步骤2)中，所述含有电化学阴极剥离的石墨烯纳米片的分散液中石墨烯的浓度的上限选自1.0mg ml^-1、2.0mg ml^-1、3.0mg ml^-1、4.0mg ml^-1或5.0mg ml^-1；下限选自0.5mg ml^-1、1.0mg ml^-1、2.0mg ml^-1、3.0mg ml^-1或4.0mg ml^-1。