[发明专利]一种石墨烯复合铝箔及其制备方法与作为锂离子电池正极集流体中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯复合铝箔及其制备方法与作为锂离子电池正极集流体中的应用，属于材料领域。

背景技术

锂离子电池已经在消费电子、电动车等领域大规模应用，并且正在大型能源存储领域崭露头角。高能量密度、高功率密度、长寿命等是对锂离子电池的基本要求。而集流体是锂离子电池的重要组成部分，铝箔是常用的正极集流体。而在长期循环过程中铝箔存在阳极腐蚀等问题，这加速了锂离子电池的容量衰减，降低了其使用寿命，同时这也是下一代5V锂离子电池面临的一个重要挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过化学气相沉积直接生长石墨烯得到石墨烯复合铝箔的方法，所述石墨烯复合铝箔可以作为锂离子电池正极集流体；本发明制备方法简单，可控性高，适合工业批量生产。

本发明提供的石墨烯复合铝箔，由铝箔和所述铝箔表面包覆的石墨烯组成。

本发明石墨烯复合铝箔中，所述石墨烯的厚度可为0.3～10nm；

所述石墨烯的层数可为1～30层。

本发明采用化学气相沉积法在所述铝箔的表面上包覆所述石墨烯。

本发明采用的铝箔为商业集流体用铝箔，表面存在氧化层。

本发明还提供了所述石墨烯复合铝箔的制备方法，包括如下步骤：

将所述铝箔置于惰性气氛中并升温，然后通入碳源进行化学气相沉积反应，即得到所述石墨烯复合铝箔。

上述的制备方法中，所述升温的速率可为5～100℃/min，具体可为20℃/min；

所述升温后的温度可为400～650℃，具体可为400℃、500℃、600℃或610℃～650℃。

上述的制备方法中，所述碳源可为甲烷、乙烯、丙烯、乙炔、乙醇、丙酮、苯、甲苯，二甲苯或苯甲酸蒸气等；

所述惰性气氛可为氩气、氮气、二氧化碳和氢气中的至少一种；

所述碳源占所述碳源和所述惰性气氛的总体积的百分含量可为0.1％～100％。

上述的制备方法中，采用等离子体增强化学气相沉积设备、常压化学气相沉积设备或低压化学气相沉积设备进行所述化学气相沉积反应；

所述化学气相沉积反应的时间可为10秒～1小时。

上述制备方法中，所述惰性气氛作为所述碳源的载气，将所述碳源输运至所述化学气相沉积反应的设备中。

本发明石墨烯复合铝箔可应用于电化学储能器件中，可作为正极集流体。

本发明具有以下优点：

本发明提供的石墨烯包覆铝箔的制备方法，工艺过程简单，可控性高，适合工业批量生产。本发明制备方法充分发挥了传统化学气相沉积法制备高质量石墨烯的优势，得到高质量的石墨烯包覆的集流体，缓解了铝箔在长期循环中腐蚀，改善了电池的长期循环稳定性，缓解了电池的自放电性能。相比用涂布石墨烯浆料得到的石墨烯复合铝箔集流体，这种方法的石墨烯质量更高，导电性更高，石墨烯与铝箔的贴合更紧密，并可以控制石墨烯的包覆量。

附图说明

图1为未生长石墨烯的普通铝箔(左图)和本发明实施例1制备的石墨烯复合铝箔(右图)的实物照片。

图2为未生长石墨烯的普通铝箔(左图)和本发明实施例1制备的石墨烯复合铝箔(右图)的扫描电子显微镜照片。

图3为本发明实施例1制备的石墨烯复合铝箔的拉曼谱图。

图4为本发明实施例1制备的石墨烯复合铝箔转移后的石墨烯透射电子显微镜照片。

图5为本发明实施例1制备的石墨烯复合铝箔(左图)与没有生长石墨烯的普通铝箔(右图)的循环伏安测试曲线。

图6为本发明实施例1制备的石墨烯复合铝箔(左图)与没有生长石墨烯的普通铝箔(右图)经过5圈循环伏安扫描后的扫描电镜照片。

图7为本发明实施例1制备的石墨烯复合铝箔与没有生长石墨烯的普通铝箔经过5圈循环伏安扫描后表面F1s的X射线光电子能谱。

图8为本发明实施例1制备的石墨烯复合铝箔与没有生长石墨烯的普通铝箔经过恒压极化后的扫描电镜照片。

图9为本发明实施例1制备的石墨烯复合铝箔与没有生长石墨烯的普通铝箔经过恒压极化后表面F1s的X射线光电子能谱。

图10为锰酸锂电极材料采用本发明实施例1制备的石墨烯复合铝箔与没有生长石墨烯的普通铝箔做集流体的充放电循环性能。

图11为未生长石墨烯的普通铝箔和本发明实施例1制备的石墨烯复合铝箔作为集流体在锰酸锂循环后的扫描电镜照片。