[发明专利]石墨烯包覆的金属锂的制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯包覆的金属锂的制备方法，石墨烯包覆的金属锂用于锂离子电池的负极材料中，石墨烯包覆的金属锂包括分步分散、碱化、微波处理、酸化及过滤干燥。分步分散：将氧化石墨烯加入分散到第一溶剂中形成预分散溶液，将锂盐加入到预分散溶液中后搅拌形成分散溶液，氧化石墨烯和锂盐中锂的重量比范围为(2‑27):1。碱化：将分散溶液的pH调节至大于等于13；微波处理：微波处理至碱化后的溶液的温度至100℃‑120℃；酸化：将冷却后的微波处理过的溶液的pH调节至小于等于2；及过滤干燥：过滤干燥得到石墨烯包覆的金属锂。

技术领域

本发明涉及锂离子技术领域，尤其是一种石墨烯包覆的金属锂的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应和环境友好等众多优点，已经在智能手机、智能手环、数码相机和笔记本电脑等消费电子领域中获得了广泛地应用，具有最大的消费需求。锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜等部分组成，其中负极材料的选择会直接关系到电池的能量密度。商用锂离子电池的负极材料为石墨，但石墨的理论容量较低，仅为372mAh/g，且目前对其应用水平已接近其理论容量。也有部分的现有技术采用Li₄Ti₅O₁₂作为锂离子电池的负极材料，但是其容量较低(175mA·h/g)，且嵌锂电位较高(1.55V)。

金属锂具有最低的标准电极电势和非常高的理论比容量(3860mA·h/g)。然而，它在充放电过程中容易产生枝晶，形成“死锂”，降低了电池效率，同时实际应用过程中金属锂和空气中的水氧反应，也会造成严重的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯包覆的金属锂的制备方法，制备的石墨烯包覆的金属锂可用于锂离子电池的负极材料中。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种石墨烯包覆的金属锂的制备方法，石墨烯包覆的金属锂用于锂离子电池的负极材料中，石墨烯包覆的金属锂包括分步分散、碱化、微波处理、酸化及过滤干燥。分步分散：将氧化石墨烯加入分散到第一溶剂中形成预分散溶液，将锂盐加入到预分散溶液中后搅拌形成分散溶液，氧化石墨烯和锂盐中锂的重量比范围为(2-27):1。碱化：将分散溶液的pH调节至大于等于13；微波处理：微波处理至碱化后的溶液的温度至100℃-120℃；酸化：将冷却后的微波处理过的溶液的pH调节至小于等于2；及过滤干燥：过滤干燥得到石墨烯包覆的金属锂。

通过以上制备方法，本发明制备得到的石墨烯包覆的金属锂中锂占总产物质量的10％-50％，优选为20％。

可选的，碱化包括将分散溶液的pH调节至大于等于13小于等于14，酸化包括将冷却后的微波处理过的溶液的pH调节至小于等于2大于等于0。

可选的，第一溶剂为四氢呋喃，或者乙二醇和异丙醇的混合溶液，第一溶剂的含量添加量至足以分散氧化石墨烯即可，最低的添加量为每60ml的第一溶剂分散40mg的氧化石墨烯。

可选的，第一溶剂为乙二醇和异丙醇的混合溶液，乙二醇和异丙醇的体积比例在(3-5):1。较为优选的，乙二醇和异丙醇的体积比例在4:1。

可选的，氧化石墨烯为片状，氧化石墨烯的厚度为1nm-5nm，氧化石墨烯的粒径为1μm-5μm，锂盐的粒径是范围是50um-200um。

可选的，锂盐包括碳酸锂、碳酸氢锂、硝酸锂、氯化锂、硫酸锂、磷酸锂、醋酸锂、草酸锂中的一种或多种。具体的，可以将碳酸氢锂、硝酸锂、氯化锂、硫酸锂、磷酸锂、醋酸锂及草酸锂中的任意一种锂盐和碳酸锂复配，制备得到的石墨烯包覆的金属锂的比容量优异。也可以将碳酸氢锂、硝酸锂、氯化锂、硫酸锂、磷酸锂、醋酸锂中的任意一种锂盐和草酸锂复配。

可选的，微波处理为将溶液放入微波炉中处理50s-90s，较为优选的，为55s。