[发明专利]石墨烯表面过程锂离子电池的正极现场功能化处理方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯表面过程锂离子电池技术领域，特别是涉及石墨烯表面过程锂离子电池的正极现场功能化处理方法。

背景技术

石墨烯本身放电比容量较低，不适合作为锂离子电池材料使用。当通过对石墨烯进行前期处理形成氧化石墨烯，即形成表面功能化的石墨烯，该材料表面具有大量类醌的官能团，即羰基(>C＝O)，该官能团可以与锂离子反应，形成(≥C-O-Li)，从而实现储锂功能，作为锂离子电池体系的正极材料。该体系电池在装配完成之后，首先进行放电，使正极石墨烯接受锂离子，并进而继续进行充放电循环。该体系电池中，石墨烯的储锂机理有四种：1、表面吸附机理：基于第一性原理密度泛函理论计算，锂离子可以在石墨烯片表面与碳原子形成稳定的相互作用。这个结果表明，在没有官能团影响的情况下，Li–C键并不是碳的sp2或sp3轨道杂化形成的，而更像是锂离子作为电子受体，与共价键的离子性相互作用的结果。能量计算表明这种石墨烯吸附的锂离子具有一定的稳定性；2、缺陷位容纳锂离子机理：活性缺陷位置，例如碳材料中的边缘和空穴可以容纳锂离子，由于在石墨烯制备过程中大量的使用氧化和还原，导致在石墨烯片中有大量的这种缺陷位置和无序位置；3、双电层(EDL)机理：石墨烯表面锂离子交换电池的电解液通常由锂盐的溶液构成。电解质盐可以是高氯酸锂LiClO₄，六氟磷酸锂LiPF₆，氟硼酸锂LiBF₄，六氟砷酸锂LiAsF₆，三氟甲基磺酸锂LiCF₃SO₃等，理论上，双电层可以由阳离子(如Li⁺)和对应的离子(如PF^6-和BF^4-阴离子)构成，这种双电层储能的比能量依赖于电解液中电解质盐的浓度；4、形成氧化还原电对机理：在官能团和锂离子之间可以发生表面氧化还原反应，如羰基(>C＝O)或者羧基(-COOH)，在有机或者聚合物电极当中发现，羰基可以和锂离子反应形成氧化还原电对。在以上机理中，目前研究较多的是表面氧化还原反应机理。

为提高石墨烯在锂离子电池中的比容量，在石墨烯前期处理过程中，使用大量浓硝酸、浓硫酸或氧化性混酸等浓酸对石墨烯进行表面功能化处理，不仅过程复杂，成本高，效率低，并且在反应完成后产生大量难以处理的废酸，造成环境严重污染。

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无需对石墨烯进行复杂的前期处理，并且简单易行，清洁无污染，降低电池制作成本的石墨烯表面过程锂离子电池的正极现场功能化处理方法。

本发明包括如下技术方案：

石墨烯表面过程锂离子电池的正极现场功能化处理方法，其特点是：包括以下制作步骤：

步骤1：按照质量比70-90:2-5:5-28，将石墨烯、导电碳和粘合剂加水混合成浆料，将所述浆料均匀涂覆在铝箔上作为正极片，将包括金属锂负极、电解液装配成锂离子电池；

步骤2：对步骤1装配成的锂离子电池先进行充电，当正极电势高于4V时，开始对电池进行充放电循环，即完成本发明石墨烯表面过程锂离子电池的正极现场功能化处理过程。

本发明还可以采用如下技术措施：

所述石墨烯为单层还原石墨烯、单层氧化石墨烯、多层还原石墨烯片、多层氧化石墨烯片、石墨烯与锡或氧化锡的复合材料、石墨烯片与锡或氧化锡的复合材料之一种或一种以上混合物。

所述导电碳为Super-P。

所述粘合剂为LA133。

所述电解液中溶剂为碳酸酯类溶剂。

所述碳酸酯类溶剂包括碳酸丙烯酯、二甲基碳酸酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、1,3-二氧戊环、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲异丙酯、1,4-丁内酯、二甲基四氢呋喃、四氢呋喃、4-甲基-1,3-二氧环戊烷、碳酸丁烯酯、碳酸二丁酯、碳酸甲丁酯、碳酸二丙酯、甲酯、甲酸甲酯、丙酸甲酯或氯化聚乙烯之一种或一种以上混合物。

所述电解液中电解质盐为LiClO₄、LiTFSI、LiTFS、LiNO₃、LiPF₆、LiBF₄或LiAsF₆之一种或一种以上混合物。

所述电解液中有添加剂。