【发明专利公布】一种石墨烯基锂离子电池负极材料及其制备方法

策划显然专心致志

(21)专心致志号

(22)专心致志日

(43)专心致志发布日期

(71)新生儿特护病房专心致志者

地址 510006广东省广州市大学城华南师 范大学化学作用与使处于某种特定的情况之下系

(72)策划家林佳 牛继良 林晓明 彭海军 蔡跃鹏

(74)广州市嘉全显然商标局

限公司44205

H01M4/485() H01M4/525() H01M4/62() H01M10/0525()

胡辉探员

(51)Int.Cl.

H01M4/131() H01M4/1391() H01M4/04() H01M4/36()

(54)策划据以取名

一种石墨烯基锂离子电池负端资料及其制 备方法

【策划显然发布】一种石墨烯基锂离子电池负端资料及其准备方法

(57)总结

本策划野外了一种石墨烯基锂离子电池负端资料及其准备方法,阳极资料由酵母片铜联合收割机。、石墨烯与co-cu-zn-zi的复合资料,酵母片铜用作支杆有构架的。,石墨烯在支杆架上举行了改性, 石墨烯和揭露酵母片COP表层改性Co Cu Zn ZIF。准备方法列举如下:1)酵母片铜 预支;2)co-zn-zif的准备;3)Co-Cu-Zn-ZIF的 准备;4)Co Cu Zn ZIF/RGO /酵母片铜复合资料的准备;5)煅烧处置。电池负端资料的规律 大灵,它有蛀牙的十亿分之一公尺卡车,无效代班人求体积法膨大效应,延长锂漫射间隔,可率直的用作非黏合剂和导电剂的电极,电免职准备工艺学的观念化,锂离子电池的可取消比灵、健康的的速率机能、良好的绕过波动性,屡次绕过充放电后库仑性能依然可以坚持近100%。

一种石墨烯基锂离子电池负端资料及其准备方法

技术田

[0001] 本策划触及一种石墨烯基锂离子电池负端资料及其准备方法。

配乐技术

[0002]锂离子电池(LIB)具有高比功率、绕过生计长、担保环保,被广阔的请求在 轻便的电子乘积、电动车辆、航空航天工业等田,它是眼前最总数的储能合身。除了,锂离子的开展和请求在稍许地瓶颈路段,比如:石墨阳极资料的原理灵较低(372mah/g,它已不克不及应验高能率密度的查问;金属或过渡金属使生锈(tmos)正极的原理灵,但在充放电进行中求体积法使确切的很大,绕过机能差。故此,功劳高灵、高机能的时新电极资料逼近的,以应验日益地增长的能源需求。

策划灵

[0003] 本策划的决意取决于赡养一种石墨烯基锂离子电池负端资料及其准备方法。

[0004] 本策划采取的技术预调列举如下:

[0005] 一种石墨烯基锂离子电池负端资料,由酵母片铜、石墨烯与co-cu-zn-zi的复合资料,在位的,酵母片铜用作支杆有构架的。,石墨烯在支杆架上举行了改性,所述的Co-Cu-Zn-ZIF 石墨烯表层和酵母片铜表层的改性。

[0006] 上述的石墨烯基锂离子电池负端资料的准备方法包孕以下使移近:

[0007] 1)酵母片铜预支:独立运用丙酮、氢氯酸与酵母片漂净酵母片铜,钝的运用;

[0008] 2)co-zn-zif的准备:将六水王水锌、六水王水钴和2-异丙基苯咪唑溶于伯醇,45~55

微波炉辅佐反演演应5-10分钟,离心,用美沙奴洗涤固态乘积,钝的,接见Co-Zn-ZIF;

[0009]3]co-cu-zn-zi的准备:co-zn-zif和醋酸铜在伯醇/水混合解决中间的疏散,使隶属于 三异丙基苯溴化铵和十二烷基的芒硝,微波炉辅佐反演演应3-5分钟,离心,用美沙奴洗涤固态乘积,钝的,接见Co-Cu-Zn-ZIF;

[0010]4)Co Cu Zn ZIF/RGO /酵母片铜复合资料的准备:复原使生锈石墨烯与co-cu-zn zif在伯醇中间的疏散,添加使移近1)预支酵母片铜。,在45-55摄氏体温下回答20-30小时,离心,用美沙奴洗涤固态乘积,钝的,买到Co Cu Zn ZIF/RGO/酵母片铜复合资料;

[0011] 5)煅烧处置:将Co-Cu-Zn-ZIF/RGO/酵母片铜复合资料放入管式蒸馏釜,灌注安全设施毒气,650

750℃煅烧2-3小时,接见,即石墨烯基锂离子电池负端 资料。

[0012] 使移近2)2-异丙基苯咪唑、六水王水锌、六水王水钴与王水钴的技能比为:(~): (~)。

[0013] 使移近3)co-zn-zif、醋酸铜、三异丙基苯溴化铵、十二烷基的芒硝的技能比率1:(~):(~):(~)。

[0014] 使移近3)所述的Co-Cu-Zn-ZIF为颗粒直径250~350nm的多面体的。

[0015] 使移近3)伯醇/水多功能的解决中间的伯醇、水的求体积法比是1:(~)。

[0016] 使移近4)复原使生锈石墨烯、Co-Cu-Zn-ZIF、酵母片铜的技能比率1。:(~ ):(100~105)。

[0017] 使移近4)所述安全设施毒气为氮气。

[0018] 本策划的无益比分列举如下:本策划的石墨烯基锂离子电池负端资料的理大灵,且 空心十亿分之一公尺建筑物,无效代班人求体积法膨大效应,延长锂 漫射间隔,锂离子电池的可取消比灵、健康的的速率机能、良好的绕过波动性,屡次绕过充放电后库仑性能依然可以坚持近100%。

[0019] 1)本策划的石墨烯基锂离子电池负端资料可以直 接用作无黏合剂和导电剂的电极,将石墨烯基锂离子电池负端资料可范围需求专用化那就够了买到电极片,电免职准备工艺学的观念化,故此不克对电极资料它本身的导电机能变成有条理撞击;[0020] 2)本策划的石墨烯基锂离子电池负端资料中间的酵母片铜和复蓝本使生锈石墨烯可以赡养一任一某一支持电荷感觉最敏锐的地方转变的传球。

附图阐明

[0021] 图1为工具例1中间的Co-Cu-Zn-ZIF/RGO/酵母片铜和确切的膨胀多重的的SEM图。

[0022] 图2是工具例1中间的tem图、HRTEM图和元素晒 图。

[0023] 图3为工具例1中间的的XRD图、xps光谱、高倍率xps光谱和氮气吸附/脱附用胶版印刷。

[0024] 图4为工具例1的锂离子电池的绕过伏安够支付、充放电够支付、绕过机能受试验图及比率机能受试验图。

详细工具方法

[0025] 一种石墨烯基锂离子电池负端资料,由酵母片铜、石墨烯与co-cu-zn-zi的复合资料,在位的,酵母片铜用作支杆有构架的。,石墨烯在支杆架上举行了改性,所述的Co-Cu-Zn-ZIF 石墨烯表层和酵母片铜表层的改性。

[0026] 上述的石墨烯基锂离子电池负端资料的准备方法包孕以下使移近:

[0027] 1)酵母片铜预支:独立运用丙酮、氢氯酸与酵母片漂净酵母片铜,钝的运用;

[0028] 2)co-zn-zif的准备:将六水王水锌、六水王水钴和2-异丙基苯咪唑溶于伯醇,45~55

微波炉辅佐反演演应5-10分钟,离心,用美沙奴洗涤固态乘积,钝的,接见Co-Zn-ZIF;

[0029]3]co-cu-zn-zi的准备:co-zn-zif和醋酸铜在伯醇/水混合解决中间的疏散,使隶属于 三异丙基苯溴化铵和十二烷基的芒硝,微波炉辅佐反演演应3-5分钟,离心,用美沙奴洗涤固态乘积,钝的,接见Co-Cu-Zn-ZIF;

[0030]4)Co Cu Zn ZIF/RGO /酵母片铜复合资料的准备:复原使生锈石墨烯与co-cu-zn zif在伯醇中间的疏散,添加使移近1)预支酵母片铜。,在45-55摄氏体温下回答20-30小时,离心,用美沙奴洗涤固态乘积,钝的,买到Co Cu Zn ZIF/RGO/酵母片铜复合资料;

[0031] 5)煅烧处置:将Co-Cu-Zn-ZIF/RGO/酵母片铜复合资料放入管式蒸馏釜,灌注安全设施毒气,650

750℃煅烧2-3小时,接见,即石墨烯基锂离子电池负端

资料。

[0032] 偏爱的事物的,使移近2)2-异丙基苯咪唑、六水王水锌、六水王水钴与王水钴的技能比为:(

~):(~)。

[0033]偏爱的事物的,使移近3)co-zn-zif、醋酸铜、三异丙基苯溴化铵、十二烷基的芒硝的技能 比率1:(~):(~):(~)。

[0034] 偏爱的事物的,使移近3)所述的Co-Cu-Zn-ZIF为颗粒直径250~350nm的多面体的。

[0035] 偏爱的事物的,使移近3)伯醇/水多功能的解决中间的伯醇、水的求体积法比是1:(~)。

[0036] 偏爱的事物的,使移近4)复原使生锈石墨烯、Co-Cu-Zn-ZIF、酵母片铜的技能比率1。: (~):(100~105)。

[0037] 偏爱的事物的,使移近4)所述安全设施毒气为氮气。

[0038]以上述的石墨烯基锂离子电池负端资料为钉书钉准备电极片,包孕以下使移近:将石墨 烯基锂离子电池负端资料可范围需求专用化,买到电极片。

[0039] 本策划联合收割机。

[0040] 工具例1:

[0041] 一种石墨烯基锂离子电池负端资料的准备方法包孕以下使移近:

[0042]1)酵母片铜预支:级数为30mm*30mm*1m的酵母片铜,超音波预支丙酮,当时的将酵母片铜陷入氢氯酸中,用超滤预支。,足够维持脱去酵母片铜,用去离子水冲洗。,钝的运用;

[0043] 2)co-zn-zif的准备:将g六水王水锌、王水钴和异丙基苯咪唑g六水 溶于40千分之一升伯醇,微波炉辅佐反演演应50分钟,每分钟4000转离心5分钟,用美沙奴洗涤固态乘积3次,钝的,接见Co-Zn-ZIF;

[0044]3]co-cu-zn-zi的准备:将gCo-Zn-ZIF和g无水醋酸铜疏散在40mL伯醇/ 水多功能的解决(V:V=1:1,g-三异丙基苯溴化铵和7g十二烷基的芒硝的添加,微波炉辅佐反演演 葡萄汁继续三分钟,离心,用美沙奴洗涤固态乘积4次,钝的,接见Co-Cu-Zn-ZIF;

[0045] 4)Co Cu Zn ZIF/RGO /酵母片铜复合资料的准备:复原使生锈石墨烯(RGO) 和2g co-cu-zn-zif疏散于50ml伯醇中,当时的使隶属于G使移近1)预支的酵母片铜,超音疏散 60分钟,50℃回答24小时,离心,用美沙奴洗涤固态乘积3次,在60℃下钝的24小时,接见Co-Cu-Zn-

ZIF/RGO/酵母片铜复合资料;

[0046] 5)煅烧处置:将Co-Cu-Zn-ZIF/RGO/酵母片铜复合资料放入管式蒸馏釜,充氮,以3

激发速率(?)c/min升至700,煅烧2小时,当时的凉的快速减少到室温,体温为5 C/min,接见 ,即石墨烯基锂离子电池负端资料。

[0047]一种锂离子电池负端片的准备方法列举如下:将石墨烯基锂离子电池负端资料裁剪成 直径为12毫米汞柱的高球,即接见石墨烯基锂离子电池负端片,重行安顿成锂离子电池。

[0048]工具例1准备的Co-Cu-Zn-ZIF/RGO/酵母片铜和的扫描电子显微镜图(SEM)如图1所示,(a)在图中、(b)和(c)为确切的膨胀多重的下的Co-Cu-Zn-ZIF/RGO/酵母片铜,(d)、(e)和(f)在确切的的膨胀多重的下;

例1中间的[0049]项、高分辨能力异体同形 电子显微镜(hrtem)和元素图如图2所示,(a)在图中为异体同形电镜图,(b)高分辨能力异体同形电子显微镜,(c)-(i)是元素晒图;

[0050]工具例1中间的XRD图、xps光谱、高倍率xps光谱和氮气吸附/脱附用胶版印刷如图3所示,(a)在图中为XRD图,(b)为xps光谱,(c)~(e)为Co2p、Cu 2p3/2、Zn 2p的高倍率xps光谱,(f)氮吸附/解吸够支付,(f)左上角的推测为镗孔直径按大小排列散布够支付;

[0051] 工具例1的锂离子电池的绕过伏安够支付、充放电够支付、绕过机能受试验图及比率机能受试验图如图4所示,(a)在图中为扫描速率下前钟表过轮的绕过伏安够支付(CV够支付),(b)扩散流密度下的充放电够支付,(c)介绍密度下的绕过机能试验图,(d)确切的扩散流密度的速率机能受试验图,自己的事物机能受试验均在~矛盾范围内举行。[0052] 附图辨析:

[0053] 1)如图1所示:co-cu-zn-zif是一任一某一多面体的。, 秤锤级数为300十亿分之一公尺。图2中间的(b)解释d=和d=的格子框架条纹为立方的(220)和(311)格子框架面,d=为ZnO的(101)面,解释变成有条理了复合金属使生锈-ZnO,图中间的(c)~(i)表现coppe、Zn、Co、C、资料建筑物准备中n、o元素的均匀散布;

[0054] 2)如图3所示:(a)所示衍射峰可价值六方系zn、立方晶 系-ZnO(PDF54-0845)和立方晶系Cu(PDF04-0836),未观察到稍微剩数或污染,解释战利品清洁高,(b)在sampl中显示铜、Co、Zn、C、氮、氧元素并立,(c)它解释锌有两个确切的的峰:Zn2p3/2的和Zn2p1/2的,zn2的特点峰,(d)通知的峰值和94eV bel总和处的两个振荡峰值,铜在哪里 2p3/2峰归属于铜,(e)和的两个确切的的峰属于co2p1/2和co2p3/2,co2 和co3 并立,(f)表现资料的表层积和总缺陷求体积法ar,鉴于barrett-joyner-halenda(bjh)方法的计算,4和45 N处的镗孔直径散布谷粒,这种介孔建筑物为由电解产生的漫射赡养了一种便宜的道路。,支持繁殖电解质的电化学作用机能;

[0055]3)如图所示:(a)表现在最前面的负极sca中,因复原成金属锌、Cu和Co,变成有条理了固态由电解产生的使联系层(sei)。,使生锈锌表决使成为锌并使成为zn-li-al,在 4V、5v时涌现三个偏高地的峰,在开始的阳极扫描中,在、在赫兹查明了三个明亮的的岭。,它对应于co、铜和锌辨别再使生锈准备co3、Cu2+和Zn2+,在陆续

绕过中,首要的复原解释0V和,解释在最前面的任一某一绕过连续是不可取消的相变,除了,在随后的绕过中,三个使生锈峰无几使确切的,cv够支付变成波动,它简直与第二份食物个句号堆叠,这述语锂离子的插层和脱层具有良好的稀土元素的氧化物。鉴于上述的试验辨析,电化学作用回答可以作图列举如下:

[0056] +8Li++8e-→;

[0057]

[0058]

[0059]

[0060]

[0061]

[0062]

[0063](b)解释在最前面的次放电进行中观察到具有、5V和4的三种确切的放电平台,使生锈锌表决、使生锈制锌、铜、Co0、li2o和sei薄膜的变成有条理与,这些比分与绕过伏安够支付划一。,不相似的最前面的任一某一句号,反绕过排放平台休会至,这能够是由于新相的变成有条理和不可取消建筑物,初始放电和充电灵辨别为2409mAh/g和2056mAh/g,不可取消灵花钱的东西(初始库仑性能为%)可价值不能废除的的SEI层的变成有条理和由电解产生的的表决,憎恨有初始灵服务级,在后续循

在环的绕过中,充放电够支付根本不变式,无灵减薄;(c)在一些初始绕过后通知, 库仑性能坚持在试图贿赂100%,使相等在500次绕过后也可以买到1762mAh/g的可取消灵,使发誓了体系的不朽的绕过波动性;(d)表现当扩散流密度平等的、、、当1a/g和5a/g休会时,放电灵辨别为1789mah/g、1667mAh/g、1213mAh/g、954mAh/g和739mAh/g,更要紧的是,使相等扩散流密度高达10 A,它依然坚持很高的灵(419毫安时/克,再说,当扩散流密度回复时,电极简直回复了原先的灵,证明所准备的资料具有健康的的倍率机能。

[0064] 工具例2:

[0065] 一种石墨烯基锂离子电池负端资料的准备方法包孕以下使移近:

[0066]1)酵母片铜预支:级数为30mm*30mm*1m的酵母片铜,超音波预支丙酮,当时的将酵母片铜陷入氢氯酸中,用超滤预支。,足够维持脱去酵母片铜,用去离子水冲洗。,钝的运用;

[0067] 2)co-zn-zif的准备:将六水王水锌、六水王水钴和g_2-异丙基苯咪唑 溶于40千分之一升伯醇,45℃下微波炉辅佐反演演应5分钟,每分钟4000转离心5分钟,用美沙奴洗涤固态乘积3次,钝的,接见Co-Zn-ZIF;

[0068]3]co-cu-zn-zi的准备:醋酸铜与g在40ml伯醇中间的疏散 水多功能的解决(V:V=1:1,g-三异丙基苯溴化铵和7g十二烷基的芒硝的添加,微波炉辅佐反演演 应5分钟,离心,用美沙奴洗涤固态乘积4次,钝的,接见Co-Cu-Zn-ZIF;

[0069] 4)Co Cu Zn ZIF/RGO /酵母片铜复合资料的准备:复原使生锈石墨烯(RGO) 和2g co-cu-zn-zif疏散于50ml伯醇中,当时的使隶属于G使移近1)预支的酵母片铜,超音疏散 60分钟,45℃回答30小时,离心,用美沙奴洗涤固态乘积3次,在60℃下钝的24小时,接见Co-Cu-Zn-

ZIF/RGO/酵母片铜复合资料;

[0070] 5)煅烧处置:将Co-Cu-Zn-ZIF/RGO/酵母片铜复合资料放入管式蒸馏釜,充氮,以3

激发速率(?)c/min休会到650,煅烧3小时,当时的凉的快速减少到室温,体温为5 C/min,接见 ,即石墨烯基锂离子电池负端资料。

[0071] 工具例3:

[0072] 一种石墨烯基锂离子电池负端资料的准备方法包孕以下使移近:

[0073]1)酵母片铜预支:级数为30mm*30mm*1m的酵母片铜,超音波预支丙酮,当时的将酵母片铜陷入氢氯酸中,用超滤预支。,足够维持脱去酵母片铜,用去离子水冲洗。,钝的运用;

[0074]2)co-zn-zif的准备:将六水王水锌、六水王水钴与异丙基苯咪唑的解决 40千分之一升伯醇,55℃下微波炉辅佐反演演应5分钟,每分钟4000转离心5分钟,用美沙奴洗涤固态乘积3次,钝的,接见Co-Zn-ZIF;

[0075] 3)co-cu-zn-zi的准备:醋酸铜与g在40ml伯醇中间的疏散

水多功能的解决(V:V=1:1,g-三异丙基苯溴化铵和g-十二烷基的芒硝的添加,微波炉辅佐反演演应5分钟,离心,用美沙奴洗涤固态乘积4次,钝的,接见Co-Cu-Zn-ZIF;

[0076] 4)Co Cu Zn ZIF/RGO /酵母片铜复合资料的准备:复原使生锈石墨烯(RGO) 和2g co-cu-zn-zif疏散于50ml伯醇中,当时的使隶属于G使移近1)预支的酵母片铜,超音疏散 60分钟,55℃回答30小时,离心,用美沙奴洗涤固态乘积3次,在60℃下钝的24小时,接见Co-Cu-Zn-

ZIF/RGO/酵母片铜复合资料;

[0077] 5)煅烧处置:将Co-Cu-Zn-ZIF/RGO/酵母片铜复合资料放入管式蒸馏釜,充氮,以3

c/min升温速率升至750,煅烧3小时,当时的凉的快速减少到室温,体温为5 C/min,接见 ,即石墨烯基锂离子电池负端资料。

[0078] 受试验例:

[0079]对工具例1的石墨烯基锂离子电池负端资料()和等等多成分的金属使生锈负端资料举行机能差异受试验,受试验比分列举如下表所示:

[0080]表1工具例1的电池负端资料和等等多成分的金属使生锈负端资料的机能差异受试验 比分

[0081]

【策划显然发布】一种石墨烯基锂离子电池负端资料及其准备方法

[0082]

【策划显然发布】一种石墨烯基锂离子电池负端资料及其准备方法

[0083] 上述的工具例是本策划的较好工具例,除了,本策划的工具例不受制于abo 限度局限,稍微等等不离开精力充沛的、实质和原始的的使确切的、点缀、代用、结成、观念化,自己的事物这些都葡萄汁是等效的的掉换方法,自己的事物这些都包孕在本策划的安全设施范围内。

【策划显然发布】一种石墨烯基锂离子电池负端资料及其准备方法

图1

【策划显然发布】一种石墨烯基锂离子电池负端资料及其准备方法

图2

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图3

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图4

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