[发明专利]一种石墨烯改性的高效率铝硫电池负极材料及合成工艺

说明书

本发明涉及一种石墨烯改性的高效率铝硫电池负极材料及合成工艺，包括三维多孔铝箔，三维多孔铝箔的两面固定有石墨烯层，其合成工艺，包括以下步骤：D1制备三维多孔负极铝箔，D2、制备氧化石墨烯分散液，D3、制备氧化石墨烯浆料，D4、包覆有石墨烯水凝胶的三维多孔铝箔，D5制备石墨烯改性铝箔负极。本发明使氧化石墨烯在三维多孔铝箔的表面反应形成石墨烯，反应过程，能够使石墨烯渗入铝箔的三维多孔内，使石墨烯与铝箔表面的接触增加，降低接触电阻，将石墨烯层压入三维孔内，使石墨烯涂层材料与铝箔表面更加致密，提升能量密度，保证厚度一致，提升了铝箔在硫铝电池中的储电效率。

技术领域

本发明涉及硫铝电池制备领域，具体涉及一种石墨烯改性的高效率铝硫电池负极材料及合成工艺。

背景技术

随着工业发展以及人类活动的日趋活跃，人类对能源的消耗日趋增大，而地下非可再生资源日趋短缺，能源供需矛盾日益激化，能源问题已成为影响人类生存和发展的关键问题之一。新储能体系的锂离子电池应该具有电压高、容量大、无记忆效应和寿命长等优点，可广泛应用于移动电话、数码相机、笔记本电脑等数码产品和电动车、混合电动车等动力工具。

铝的能量米芾为2980mAh/g，且其质量轻、价格低廉、资源丰富、使用安全，是理想的电池负极材料，硫的能量密度为1675mAh/g，自然界储量丰富，安全环保，价格低廉，在二次电池中的应用较为广泛，因此以铝金属或铝合金为负极，硫基材料为正极的二次铝硫电池是符合需求的最具吸引力的电池体系。但是金属铝是一种非常活泼的金属，表面形成的钝化膜较为致密，在电化学充放电过程中影响电化学沉积-溶出的效率，使得铝电极的利用率低，严重制约了电池容量的提高，目前也有在铝箔表面直接涂覆导电剂等活性层，以提高其电性能，但是导电剂等活性层容易脱落，效果不明显。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种石墨烯改性的高效率铝硫电池负极材料及合成工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯改性的高效率铝硫电池负极材料，包括三维多孔铝箔，三维多孔铝箔的两面固定有石墨烯层。

具体地，所述石墨烯层含有导电剂。

一种石墨烯改性的高效率铝硫电池负极材料的合成工艺，包括以下步骤：

D1制备三维多孔负极铝箔

(1)预处理铝箔

将铝箔浸没在65-70℃的10％的磷酸溶液(化学纯级磷酸溶解在去离子水中配制而成)中，浸泡2min，取出后放入室温下2mol/L的NaOH溶液中，浸泡60s，得到预处理后的铝箔，此过程中磷酸侵蚀使铝箔表面，去除了铝箔表面的氧化膜，形成磷酸铝的磷化晶粒，无数的磷化晶粒紧密堆积形成磷化膜，磷酸铝在碱溶液中的溶解度较小，膜上存在缺陷或者较薄处先被碱液侵蚀成小孔，从而在磷酸铝膜上形成均匀分布的小孔，由于磷酸预处理破坏了铝箔表面的初始氧化膜，形成了状态均一的表面，为下一步电侵蚀均匀发孔提供了条件；

(2)加电腐蚀制备三维多孔铝箔

将预处理后的铝箔放入电腐蚀液中，用50Hz工频交流电，在电流密度为2A/cm³-10A/cm³、温度为10-80℃条件下，进行加电腐蚀10s-120s；

(3)清洗三维多孔铝箔，备用

将铝箔浸没在丙酮中，加热至50℃，超声清洗10min，用酒精将衬底上残留的丙酮冲洗干净，随后在酒精中加热至50℃，超声清洗10min，取出衬底，采用去离子水将衬底冲洗干净，用高纯氮气吹干备用；

D2、制备氧化石墨烯分散液

将一定量的氧化石墨烯加入50mL乙醇中超声波振荡1-2h,再加入20mL盐酸和10mL去离子水继续超声振荡1-2h，制成2-4g/mL的GO溶液，即氧化石墨烯溶液；