[发明专利]一种氟化改性石墨烯负极长循环电池的制备方法及其产品

说明书

本发明公开了一种氟化改性石墨烯负极长循环电池的制备方法及其产品，利用电化学腐蚀方法，在施加外部电压后，产生碱性的氢氧根离子和氧气作为剥离的外力，通过溶液中氟离子浓度控制在体系中C‑F键的数量，将沉淀物清洗和干燥可获得高纯度石墨烯粉体；再加入石墨按一定比例混合获得负极材料，与正极、电解液、隔膜配合组装获得长循环的锂离子电池。本发明适用于大规模批量化制备，耗时短、纯度高。该发明制备的粉体可用于制备高性能锂电池领域。

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，具体说是一种氟化改性石墨烯负极长循环电池制作方法及其产品。

背景技术

随着锂电池技术的迅速发展，迫切需要在小型化、灵活性和长续航方面进行创新。高容量锂电池是商业上重要电源，但其循环寿命有限，功率密度低，低温动力学不良，还存在安全问题。最近，石墨烯改性的负极表现出高功率密度、强大的灵活性和高安全性成为锂电池领域的研究热点，但循环性仍是需要解决的技术难点。

含氟碳纳米材料在有机电解质中具有很好的化学稳定性和高温稳定性，温度高达400°C时，也不会发生分解，并且具有电压稳定、工作温度宽、自放电小、寿命长等特点，可满足航空航天等极端环境的要求。电池放电时，含氟碳材料转化为导电性更强的纳米碳材料，增加了电极整体的电导率，有利于稳定放电电压和提高放电效率。

本发明利用电化学腐蚀剥离的方法，以含有氟化物的水溶液作为电解液，施加一定的电压，允许水的还原，产生强亲核羟基离子（OH-），不断的腐蚀石墨层间键，同时水的连续氧化产生氧气，所有这些都为分离弱结合石墨层提供了很大的力。溶液中的氟离子，同时极化作用形成C-F键。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种氟化改性石墨烯负极长循环电池的制备方法。

本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的氟化改性石墨烯负极长循环电池产品。

本发明目的通过下述方案实现：一种氟化改性石墨烯负极长循环电池的制备方法，包括一步法合成含氟改性石墨烯材料，其特征在于利用电化学腐蚀方法，在施加外部电压后，产生碱性的氢氧根离子和氧气作为剥离的外力，通过溶液中氟离子浓度控制在体系中C-F键的数量，将沉淀物清洗和干燥可获得高纯度石墨烯粉体；再加入石墨按一定比例混合获得负极材料，与正极、电解液、隔膜配合组装获得长循环的锂离子电池，包括以下步骤：

(1) 称取适量的氟化物，溶于去离子水，制成浓度为0.1~1mol/l的溶液，调节PH到7；

(2) 电化学系统，使用惰性材料为正极，石墨为负极，正负极面积相同，为4cm²；

(3) 施加电压允许水还原，产生羟基离子，对石墨层进行腐蚀，氟离子与石墨形成C-F键；

制得的石墨烯层超声清洗、烘干，与石墨机械混合，混合的比例为石墨烯：石墨=5-30%：95-70%，待用作负极；

(4) 圆柱和软包电池制作选用三元正极材料，隔膜、电解液选用商业产品，设计容量为0.5-2.5Ah。

步骤(1)中所述的氟化物为氟化钠、六氟磷酸钾、氟化铵的一种。

步骤(2)的惰性材料为铂和金电极的一种。

步骤(3)施加电压为10mV-2V。

步骤(4)选择的三元正极材料为Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O₂和Li[Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3]O₂的一种，电解液选择天赐和国泰华荣常规电解液其中的一家，隔膜选择星源和恩捷10微米规格的其中一家。