[发明专利]石墨烯锂盐、其制备方法、正极电极以及超级电容器

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池材料领域，尤其涉及一种石墨烯锂盐及其制备方法。本发明还涉及一种使用石墨烯锂盐作为正极活性材料的正极电极。本发明还涉及一种使用该正极电极作为电容器正极的超级电容器。

背景技术

随着各种新能源的发展，便携式电子设备的小型化发展及电动汽车对大容量高功率化学电源的广泛需求。目前商品化的锂离子电池大多采用无机正极/石墨体系，其中这些正极材料主要是磷酸铁锂，锰酸锂，钴酸锂，镍酸锂以及混合的体系。虽然这类体系的电化学性能优异，但是由于其本身容量较低(如磷酸铁锂的理论170mAh/g)，制备工艺复杂，成本高等诸多的缺点。所以开发新型的其它种类的正极材料受到了人们的广泛的重视。

目前所知道的正极材料中，主要是磷酸铁锂，锰酸锂，钴酸锂，镍酸锂以及混合的体系，都是一些无机金属化合物类的正极材料。其容量受到了极大的限制，而且制备的工艺复杂，成本高。同时也开发了一些有机的锂盐作为正极材料，但是由于正极材料电导率低、热稳定性差、机械性能差等原因，导致其循环寿命一般较低，也就不适宜做电极正极材料。

发明内容

本发明所要解决的问题之一在于提供一种石墨烯锂盐的制备方法，该方法制得石墨烯锂盐成本低、循环寿命高。

本发明提供的一种石墨烯锂盐的制备方法，包括如下步骤：

S1、将氧化石墨加入盛有甲醇锂和甲醇的反应器中，室温下超声搅拌反应1-12小时，滤除过量的甲醇和甲醇锂，干燥滤物，得到氧化石墨烯衍生物锂盐；其中，氧化石墨与甲醇锂的质量比为15∶7，每10ml的甲醇中，氧化石墨的加入量为30mg；

S2、将所述氧化石墨烯衍生物锂盐和环氧乙烷在80～150℃、0.2～0.5MPa条件下反应1～10小时，随后蒸发去除过量的环氧乙烷，得到氧化石墨烯环氧乙烷衍生物锂盐；其中，环氧乙烷的加入量为5～30mg；氧化石墨烯衍生物锂盐的加入量为1-5mg；

S3、将氧化石墨烯环氧乙烷衍生物锂盐加入含有金属锂和液氨的容器中，并在-33℃下静置12小时；随后蒸发过量的液氨，并再次往容器加入100ml的甲醇；接着，去除过量的金属锂，最后经过滤得到石墨烯锂盐；其中，金属锂与石墨烯衍生物锂盐的质量比为1∶0.03；石墨烯锂盐具有如下结构式：

上述石墨烯锂盐的制备方法的步骤S1中，优选，氧化石墨是采用下述步骤制得：

S11、将质量比为2∶1∶1的石墨粉、过硫酸钾和五氧化二磷加入80℃的浓硫酸中，搅拌均匀，冷却6h以上，洗涤至中性，干燥，获得粉末样品；

S12、将干燥后的粉末样品加入0℃的浓硫酸中，随后加入高锰酸钾，于0～20℃下保温混合，然后在35℃的油浴中保持2h后，缓慢依次加入含有去离子水、双氧水，获得混合溶液；

S13、将步骤S12中的混合溶液抽滤处理，随后将滤物再用酸溶液进行洗涤，然后抽滤、真空干燥，即得到所述氧化石墨。

在氧化石墨制备过程的步骤S12中，优选，所述石墨粉与高锰酸钾的质量比为1∶3，步骤S12中，所述双氧水的质量百分比浓度为30％。

在氧化石墨制备过程的步骤S13中，优选，所述酸溶液为质量百分比浓度为10％的盐酸溶液。

上述石墨烯锂盐的制备方法的步骤S2中，优选，3mg氧化石墨衍生物锂盐和17mg环氧乙烷在120℃、0.3MPa条件下反应6小时，得到石墨烯衍生物锂盐。

本发明所要解决的问题之二在于提供一种由上述制备方法制得的石墨烯锂盐，该石墨烯锂盐具有如下结构式：

本发明所要解决的问题之三在于提供一种正极电极，其包括集流体，以及涂布在集流体上的正极材料，所述正极材料包括质量比为85∶∶10∶5的正极活性材料、导电剂和粘结剂；其中，所述正极活性材料选用上述石墨烯锂盐。

上述正极电极中，所述导电剂为乙炔黑，所述粘结剂为PVDF，所述集流体为铜箔或者铝箔。

本发明所要解决的问题之四在于提供一种超级电容器，该超级电容器采用上述正极电极作为电容器正极。

本发明提供的石墨烯锂盐制备方法，制备成本低、操作简单，可工业化生产。

采用上述方法制得石墨烯锂盐，不仅具备良好的导电性以及高的机械性能，还有较好的功率密度以及循环寿命、材料有较好的界面相容性，同时石墨烯的多种衍生化方式可以使得其有较高的容量，其储容理论量达到620mAH/g，可以作为超级电容器的正极材料。

附图说明

图1为本发明石墨烯锂盐制备工艺流程图；