[发明专利]基于泡沫镍生长的石墨烯为负极的锂离子电池制作方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源技术领域，主要描述利用泡沫镍在化学气相沉积装置中生长多层石墨烯并制备成能量储存密度高、充放电性能优异、循环寿命长的锂离子电池的过程。

背景技术

锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。习惯上，锂离子进入正极材料的过程叫嵌入，离开的过程叫脱嵌；锂离子进入负极材料的过程叫插入，离开的过程叫脱插。

单体锂离子电池的工作电压高达3.7～3.8V（磷酸铁锂的是3.2V），是Ni-Cd、Ni-H电池的3倍，目前能达到的实际比能量为555Wh/kg左右，即材料能达到150mAh/g以上的比容量（3～4倍于Ni-Cd，2～3倍于Ni-MH），已接近于其理论值的约88%。一般锂离子电池充放电均可达到500次以上，甚至1000次以上，磷酸铁锂的可以达到2000次以上，对于小电流放电的电器，电池的使用期限，将倍增电器的竞争力。室温下充满电的锂离子电池储存1个月后的自放电率为2%左右，大大低于Ni-Cd的25～30%，Ni、MH的30～35%。锂离子电池1C充电30分钟容量可以达到标称容量的80%以上，现在磷铁电池可以达到10分钟充电到标称容量的90%。其中隔膜的作用是隔离电芯正、负极片，以防止卷芯内部正、负极片直接接触造成短路；从微观角度看，隔膜表面为网状结构，通常有PP、PE之分，也有PE、PP复合在一起的。

对于碳材料作为负极的锂离子电池，当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。

 

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于泡沫镍生长的石墨烯为负极的锂离子电池制作方法。

本发明制作方法，包括以下步骤：

步骤1：将泡沫镍依次在去离子水、丙酮和乙醇中分别超声清洗10～40分钟。

步骤2：利用高纯氮气将泡沫镍吹干并干燥静置5～10分钟，将泡沫镍放入CVD装置，利用大功率真空泵将反应腔中的真空度控制在2～3mTorr。

步骤3：通入5～35sccm的氢气作为还原性气体，控制反应炉在50分钟内升高至800～1100℃。

步骤4：保持CVD装置高温运行40～140分钟，并向反应腔中通入50～250sccm的甲烷作为碳源气体。

步骤5：控制反应炉在5～10分钟内降至常温，取出生长完多层石墨烯的泡沫镍。

步骤6：用冲片机将生长完多层石墨烯的泡沫镍冲切成直径为10～15毫米、厚度为10～20微米的圆形薄片，作为锂离子电池的负极。

步骤7：将电池外壳水平放置在充满氩气的手套箱中，将支撑体和步骤6的泡沫镍圆形薄片依次稳定放置在电池外壳内部，并在薄片表面均匀滴上0.1～0.5ml的离子液体电解液，使得薄片和支撑体能与电池外壳能完整贴合。

步骤8：将尺寸为15～20毫米的锂离子电池隔膜放置在泡沫镍薄片的表面，注意隔膜不能与电池外壳接触。

步骤9：在锂离子电池隔膜表面均匀滴上0.1～0.5ml的离子液体电解液，将直径为10～15毫米、厚度为20～200微米的圆形正极薄片放置在隔膜表面，并放置另一个支撑体在正极薄片上，使用离子液体电解液将电池外壳内部充满并合上电池外壳的盖帽，利用压片机压合锂离子电池完成制作过程。

上述方案中，步骤7和步骤9所述的电池外壳为铝合金壳、镀镍铁壳或者铝塑膜，支撑体为泡沫金、泡沫铂或者泡沫镍等惰性导体，离子液体电解液为溶解在碳酸乙烯酯（EC）中的高氯酸锂（LiClO₄）、六氟磷酸锂（LiPF₆）或者四氟硼酸锂（LiBF₄）；步骤8和步骤9所述的锂离子电池隔膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚偏氟乙烯膜或者纤维素复合膜；步骤9所述的锂离子电池正极薄片为锰酸锂片、钴酸锂片、磷酸铁锂片或者镍钴锰酸锂片。

本发明的有益效果：本发明提供的基于泡沫镍生长的石墨烯为负极的锂离子电池，工艺成熟，制作简单，电池能量密度高，可以实现充放电性能和循环寿命的显著提升，易于工业推广使用。

附图说明

图1为以泡沫镍为基底生长的多层石墨烯的SEM图像。

图2为以泡沫镍为基底生长的多层石墨烯的拉曼图谱。