[发明专利]一种扣式电池及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器领域，更具体地，涉及一种扣式电池及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯是由单层sp²杂化碳原子组成的六方蜂巢状二维结构物质，自2004年首次报道独立存在以来，在力学、热学、电学、光学等方面的优异性能，使之成为近年来化学、材料科学及物理学领域的研究热点。近来，石墨烯在作为锂离子电池的电极材料方面也激发了极大地研究兴趣，以石墨烯、不同含氧官能团的石墨烯衍生物如氧化石墨和还原氧化石墨等作为不同金属和金属氧化物纳米结构物质生长的2D基底，并以此作为电极材料的大量工作已被开展，并取得了一定的进展。

五氧化二钒具有二维层状结构，属三斜方晶系，在这种结构中，V处于由5个。原子所包围的一个畸变了的四方棱锥体中的中间，V原子与5个O原子形成5个V-O键，因此五氧化二钒结构可以看作VO₄四面体单元通过桥氧结合为链状，链与链之间通过双键氧与下一条链上的V作用构成锯齿的层状排列结构，从结构上看，分子或原子嵌入五氧化二钒，拉大了层间距离，从而削弱了五氧化二钒层对Li⁺的静电作用，同时Li+与嵌入物之间具有较好的相容性，使其能较好的脱嵌。五氧化二钒电化学嵌/脱锂离子的电位窗口为4.0～1.5V(vs.Li/Li⁺)，每个五氧化二钒最多能够嵌入3个Li⁺，且其理论放电容量可达442mAh/g，因此我们预计正极材料五氧化二钒可满足下一代锂离子电池能量密度高和比容量大的需求。

自从Whittingham在1975年首次报道锂离子能可逆地嵌入到五氧化二钒中，人们已对五氧化二钒的电化学性质进行了大量的研究，发现它电子导电率低(10^-2～10^-3S/cm)和锂离子扩散系数小(10^-12～10^-13cm²/s)等问题，这些限制了五氧化二钒在实际应用中的放电容量和倍率性能。为克服五氧化二钒存在的问题，人们研究采取了多种改性措施和方法，这主要包括制备纳米结构的五氧化二钒和掺杂导电好的活性碳材料。

但石墨烯/五氧化二钒正极电极片作为锂离子电池正极材料也存在一些问题：石墨烯产品适用于与微结构为颗粒状材料进行复合；而石墨烯产品与片层状材料进行复合得到的材料性能不好，五氧化二钒制备的五氧化二钒复合材料不能能够较大程度地提升原材料产品性能。

针对循环容量要求不高、对大倍率循环稳定性要求极高的超级电容器领域，目前还没有一款适合的扣式电池。

发明内容

本发明的要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，针对超级电容器领域，提供一种石墨烯/五氧化二钒扣式电池，所述石墨烯/五氧化二钒扣式电池循化容量一般但是大倍率循化稳定性极高。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供的扣式电池的制备方法，包括以下步骤：

S1.采用石墨烯/五氧化二钒正极电极片作为原料进行电池组装；

S2.电池组装过程是在密闭氩气氛围的手套箱中进行；

S3.按2025正极壳→石墨烯/五氧化二钒正极电极片→聚丙烯隔膜→锂片→不锈钢垫片→弹簧片→2025负极壳自下而上的顺序依次放好，滴加电解液、封口、组装成2025型扣式电池，活化以后得到扣式电池；

其中，所述石墨烯/五氧化二钒正极电极片的制备方法如下：

S11.以石墨烯/五氧化二钒为原料，进行低温干燥处理，所述低温干燥的时间为20～26h，温度为50～80℃；得到石墨烯/五氧化二钒粉体；

S12.将步骤S11制备得到的石墨烯/五氧化二钒作为正极活性材料，与乙炔黑和粘合剂以质量比为80:10:10进行研磨，研磨时间为30～50min，研磨充分；

S13.然后加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，继续研磨至均匀粘稠状，得到浆料；

S14.将步骤S13得到浆料均匀涂在铝箔中，所述浆料的厚度为10～80μm；采用真空干燥，所述真空干燥温度为60～90℃，恒温时间10～16h；除去电极片中的N-甲基吡咯烷酮得到电极片；

S15.将步骤S14中的电极片冲成直径为16mm的圆片；

其中，步骤S11中所述五氧化二钒与石墨烯的质量比为95～99：1～5；所述石墨烯的元素组成为C含量97.78wt％、N含量0.96wt％和O含量1.26wt％；与电导率呈正相关性的碳氧质量比为77.6，石墨烯的片层粒径为238nm、片层厚度为1.87nm。