[发明专利]一种缺陷石墨烯与一种锂金属电池

说明书

本发明提供了一种缺陷石墨烯的制备方法，其利用常规的CVD方法，通过调控生长过程中的参数来制备缺陷石墨烯，或利用CVD法制备完整的石墨烯，再利用激光刻蚀的方法在石墨烯上制造缺陷。本申请还提供了一种锂金属电池。本申请利用岛状石墨烯实现了对锂金属负极改性；以缺陷石墨烯改性的铜箔作为锂金属电池的集流体，缺陷石墨烯诱导锂沉积，使其沉积成高质量、平整的形貌，提高了电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂金属技术领域，尤其涉及一种缺陷石墨烯和一种锂金属电池。

背景技术

随着日益增长的能源需求，已有的锂离子电池等动力电池的能量密度已经不能满足生活生产所需，而锂金属电池由于较高的理论比容量成为了动力电池领域中较为瞩目的存在。在锂金属电池中，由于电解液中锂离子流及集流体表面的不均匀性，导致了锂离子在集流体上的不均匀沉积，而锂的不均匀沉积导致了锂枝晶和死锂的形成，从而带来了短路、爆炸等安全性问题以及库伦效率较低等问题。因此锂金属沉积形貌的平整度在锂金属电池中起着很大的作用。

石墨烯是一种导电性能优异的二维材料，将石墨烯用于集流体改性时，完整的石墨烯由于其优异的化学和电化学稳定性并不利于锂离子的沉积。

现有的制备石墨烯的手段，如热分解碳化硅法、机械剥离法、化学剥离法，存在很大的不足之处，制备的石墨烯质量较差。因此提供一种质量较好且利于锂的吸附和沉积的石墨烯的制备方法是极其重要的。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种缺陷石墨烯的制备方法，本申请通过制备具有缺陷的石墨烯，使锂金属沉积平整，最终提高了锂电池的循环寿命和倍率性能。

有鉴于此，本申请提供了一种缺陷石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

A1)将铜箔进行预处理；

B1)将预处理后的铜箔置于CVD炉中，通入氩气100～200sccm，氢气10～30sccm，升温至1030～1035℃，再调整氢气的通入量至130～150sccm，通入10～30sccm的混合气后进行生长，所述生长的时间为5～30min，得到缺陷石墨烯，所述混合气为甲烷和氩气；

或，

A2)将生长在铜箔上的石墨烯按照图案形状进行激光刻蚀，得到缺陷石墨烯；所述激光刻蚀的频率为50～100Hz，速度为50～80mm/s，功率为40～60W。

优选的，步骤B1)中，所述升温为阶段升温的方式，具体为：

将CVD炉从室温升至300～400℃，再从300～400℃升温至900～1000℃，最后从900～1000℃升温至1030～1035℃。

优选的，步骤B1)中，所述生长后采用自然冷却的降温方式。

优选的，步骤B1)中，所述铜箔的厚度为10～30μm。

优选的，步骤B1)中，所述预处理的方式具体为：

将铜箔置于酸液中超声分散清洗10～15min后采用去离子水清洗2～3次，再置于无水乙醇中超声分散清洗20～30min后采用去离子水清洗1～2次，最后干燥。

优选的，步骤A2)中，所述频率为70～80Hz，所述速度为70～80mm/s，所述功率为45～55W。

优选的，步骤A2)中，所述激光刻蚀的次数为2～5次。

优选的，所述图案形状为井字形或回字形。

本申请还提供了一种锂金属电池，包括正极、锂金属负极和集流体，其特征在于，所述集流体为所述的制备方法所制备的缺陷石墨烯改性的铜箔。