[发明专利]一种多孔石墨烯/银纳米粒子复合锂金属二次电池负极集流体的制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔石墨烯/银纳米粒子复合锂金属二次电池负极集流体的制备方法，所述方法步骤如下：1，将氧化石墨烯在水溶液中分散形成均匀氧化石墨烯溶液。2，将银纳米粒子加入到微/纳米微球模板溶液中，在紫外光照射下充分搅拌使银纳米粒子均匀负载于模板微球上。3，将1和2中获得的溶液进行混合，并于超声波清洗机内超声。4，将3中得到的混合溶液进行真空抽滤，得到氧化石墨烯、微/纳米模板微球、银纳米粒子复合材料。5，将4中得到的复合材料进行处理，去除微/纳米模板微球，得到多孔氧化石墨烯/银纳米粒子材料，最后进行烧结处理，得到所需的多孔石墨烯/银纳米粒子复合材料。该材料可直接用于锂金属二次电池负极中。

技术领域

本发明涉及一种锂金属电池材料的制备方法，具体涉及一种锂金属二次电池负极集流体的制备方法。

背景技术

1.金属锂由于其具有高理论容量(3860mA h g^-1)和低电化学势(-3.04V，相对于标准氢电极)，已成为下一代高比能锂电池负极的必然选择。然而，金属锂负极在反复的锂剥离/沉积过程中，表面不受控制的枝晶生长，会造成电池循环寿命短和安全性能差等问题，使得金属锂负极的应用受到严重阻碍。

2.石墨烯是一种二维晶体，由碳原子按照六边形进行排布，相互连接，形成一个碳分子，其结构非常稳定。此外，石墨烯是已知的最薄的一种材料，并且具有极高的比表面积、超强的导电性和优异的机械性能，这些优点使其在能源电池方面有很广泛的应用前景。

3.多孔石墨烯具有很大的比表面积，能够减少锂沉积过程中的局部电流密度，这有利于锂的均匀沉积。银纳米粒子作为锂金属负极沉积晶种，能够有效降低锂金属的成核过电位，并引导锂均匀的沉积，在很大程度上能够抑制枝晶的产生。

发明内容

1.本发明的目的在于提供一种多孔石墨烯/银纳米粒子复合锂金属二次电池负极集流体的制备方法，多孔石墨烯具有更大的比表面积，能够减少局部电流密度，有利于锂的均匀沉积。银纳米粒子作为锂金属负极沉积晶种，能够有效降低锂沉积过程中的过电位，具有良好的锂亲和性。该复合材料用作锂金属二次电池负极集流体能够明显抑制锂枝晶的形成，有效提高锂金属二次电池的循环寿命。

2.本发明的目的在于提供一种多孔石墨烯/银纳米粒子复合锂金属二次电池负极集流体的制备方法，该方法包含如下步骤：

a)将氧化石墨烯在水溶液中分散形成均匀氧化石墨烯溶液。

b)将银纳米粒子加入到微/纳米微球模板溶液中，在紫外光照射下充分搅拌使银纳米粒子均匀负载于微球上。

c)将步骤a和步骤b中获得的溶液混合，并于超声波清洗机内超声。

d)将步骤c中得到的混合溶液进行真空抽滤，得到氧化石墨烯、微/纳米模板微球、银纳米粒子复合材料。

e)将步骤d中得到的复合材料进行处理，去除微/纳米模板微球，得到多孔氧化石墨烯/银纳米粒子材料，最后进行烧结处理，得到所需的多孔石墨烯/银纳米粒子复合材料

3.所述的氧化石墨烯的浓度为0.5-5mg/ml,分散方式为超声分散，分散时间为10-60min。

4.所述的微/纳米模板微球为聚苯乙烯微球和二氧化硅微球中的至少一种。微球的粒径为300nm-1.7um，微球的质量分数为0.5％-2％。

5.所述的银纳米粒子的加入量为氧化石墨烯的0.1％-0.5％。

6.所述的去除微/纳米模板微球的方法为溶剂浸泡和烧结处理。所述溶剂为丙酮、四氢呋喃、甲苯、氟化氢中的至少一种。烧结处理温度为300-400℃，处理时间为3-6h。

7.所述的氧化石墨烯烧结为石墨烯的处理温度为800-1000℃，处理时间为3-6h。

8.本发明具有下列特点和有益效果：