石墨烯的制备方法及在电池中的应用技术

石墨烯的制备方法及在电池中的应用，以质量份计，包括以下步骤：1）组分配比、2）干混形成半粉体物料、3）模压成圆柱坯体、4）挤压成棒状毛坯。本发明专利技术，使用石墨烯材料作为一次电池中的正极材料与二次电池中的负极材料，大大提高了一次电池的电池寿命，质量较轻，稳定性较好；大大提高了二次电池的电池寿命，并提高了充电效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学电源
，特别是石墨烯的制备方法及在电池中的应用。
技术介绍
目前市场上有两种电池：一种名为一次电池，另一种名为二次电池，这两种电池在被人们广泛运用。一次电池：为一次性电池，不可充电，如碱性电池等；通常一次电池有正极、负极，电解液以及容器和隔膜等组成，正极材料主要为MnO2、石墨棒；但这类电池的稳定性不高，电池寿命较短，无回收价值，在高温下作业性能差。二次电池中的锂离子电池为一种新型的高能二次电源，相比于镍-镉电池、镍氢电池等具有比能量大、放电电压平衡、电压高、低温性能好、对环境友好、安全性能优越、无记忆效应和循环寿命长等优点。自1991年Sony公司将锂离子电池首次商用以来，石墨一直作为商业化锂离子电池的负极材料。然而，石墨的理论比容量仅为372mAh/G，且实际商业化应用中其比容量也已接近这一个理论值，致使在充放电过程中，石墨层间距改变，易造成石墨层剥落、粉化，还会发生锂与有机溶剂共同嵌入石墨层及有机溶剂分解，将影响电池循环性能，大大限制了锂离子电池容量的进一步提高。所以，开发研究具有高比容量的负极材料十分迫切。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术的目的在于提供石墨烯的制备方法及在电池中的应用，是将石墨烯制作成一定形状，分别作为一次电池的正极或二次电池的负极。本专利技术采用的技术方案是：石墨烯的制备方法，以质量份计，包括以下步骤：1）组分配比、2）干混形成半粉体物料、3）模压成圆柱坯体、4）挤压成棒状毛坯；其特征在于：1）、组分配比：取石墨烯0~5份，石油焦0~5份，沥青3份，所述组分质量配比中石墨烯、石油焦及沥青总质量配比为8份，且所述的石墨烯与石油焦质量配比不能同时为零：2）、干混形成半粉体物料：将石墨烯与石油焦在170~190℃条件下经混捏机干混30~90min，混合均匀后再加入软化点为80~120℃的沥青进行湿混30~90min，使其形成半粉体物料；3）、模压成圆柱坯体：将半粉体物料料置于预成型模腔中，在0.2~0.3Mpa压力下模压成圆柱坯体；4）、挤压成棒状毛坯：将圆柱坯体放在挤压成型模腔中挤压，制成尺寸规格可调整的棒状毛坯。所述的石墨烯在一次电池中的应用，其特征在于：将棒状毛坯进行切段处理，插在金属外壳中间作为一次电池的正极，金属外壳内设有隔离层，隔离层内设有负极，负极材料为锌片电解质；石墨烯棒顶端加一铜帽，石墨烯棒周围填满去极化挤，去极化挤与负极之间设置有电解液，后通过沥青封装制成电池。所述的石墨烯在二次电池中的应用，其特征在于：将棒状毛坯压制成孔径为50~150μm的石墨烯颗粒，通过离子喷涂设备喷涂在金属铜薄板表面，后通过压延设备将石墨烯强行压入金属铜材料内，使石墨烯层紧紧的贴附于金属铜材料层上形成石墨烯复合材料；再将其进行裁剪作为二次电池上的负极，与正极及介于其间的隔离层按顺序层叠或者螺旋状缠绕而形成电芯，再把电芯装入电池外壳中，注入电解液，密封制成二次电池。本专利技术，使用石墨烯材料作为一次电池中的正极材料与二次电池中的负极材料，大大提高了一次电池的电池寿命，质量较轻，稳定性较好；大大提高了二次电池的电池寿命，并提高了充电效率。附图说明图1是一次电池的结构图。图2是二次电池的结构图。图中：1为正极、2为负极、3为电解液、4为隔离层、5为金属外皮。具体实施方式实施例1：石墨烯的制备方法，以质量份计，包括以下步骤：1）、组分配比：配方包括石墨烯、石油焦及沥青，各组分质量配比为：石墨烯1份，石油焦4份，沥青3份；2）、干混形成半粉体物料，将石墨烯与石油焦在180℃条件下经混捏机干混60min，混合均匀后再加沥青软化点为100℃，进行湿混60min，使其形成半粉体物料；3）、模压成圆柱坯体，将步骤2所得半粉体物料置于预成型模腔中模压成型，在0.3Mpa压力条件下模压成圆柱坯体；4）、挤压成棒状毛坯，将步骤3所得圆柱坯体放在挤压成型模腔中挤压，制成尺寸规格可调整的棒状毛坯。实施例2：石墨烯的制备方法，以质量份计，包括以下步骤：1）、组分配比：配方包括石墨烯、石油焦及沥青，各组分质量配比为：石墨烯2份，石油焦3份，沥青3份；2）、干混形成半粉体物料，将石墨烯与石油焦在180℃条件下经混捏机干混30min，混合均匀后再加沥青软化点为120℃，进行湿混30min，使其形成半粉体物料；3）、模压成圆柱坯体，将步骤2所得半粉体物料置于预成型模腔中模压成型，在0.2Mpa压力条件下模压成圆柱坯体；4）、挤压成棒状毛坯，将步骤3所得圆柱坯体放在挤压成型模腔中挤压，制成尺寸规格可调整的棒状毛坯。由图1知，石墨烯在一次电池中的应用，按要求对步骤4）所得棒状毛坯进行切段处理，插在金属外壳5中间作为一次电池的正极1，金属外壳5内设有隔离层4，隔离层4内设有负极2，负极2材料为锌片电解质；石墨烯棒顶端加一铜帽，石墨烯棒周围填满去极化挤，去极化挤与负极2之间设置有电解液3，后通过沥青封装制成电池。使用石墨烯材料作为一次电池中的正极，大大提高了一次电池的电池寿命，质量较轻，稳定性较好，由于石墨烯材料耐高温，使的电池在高温下作业性能较好。由图2知，石墨烯在二次电池中的应用，包括如下步骤：1、按要求对步骤4）所得棒状毛坯压制成孔径为50~150μm的石墨烯颗粒，通过离子喷涂设备将石墨烯颗粒喷涂在金属铜薄板表面，离子喷涂设备电弧电压为200V，电弧电流为300A，所述的离子气体为Ar和He时，Ar气体的流量为200L/min，He气体的流量为50L/min；送粉速度100g/min，将金属铜薄板表面放置在喷涂工装上，保证喷涂距离200mm进行喷涂作业；2、通过压延设备通过两个滚轮对石墨烯材料层和金属铜材料层施加30吨的压力，将石墨烯材料强行压入金属铜材料内，在高压下石墨烯材料层被紧紧的贴附于金属铜材料层上，制成石墨烯复合材料；3、后期按要求尺寸对石墨烯复合材料进行裁剪，作为二次电池上的负极2与正极1及介于其间的隔离层4按顺序层叠或者螺旋状缠绕而形成电芯，再把电芯装入电池外壳5中，注入电解液3，密封制成电池。通过石墨烯制成的负极，大大提高了二次电池的电池寿命，充电速度快，电池循环性能好，容量更加大更加安全。本文档来自技高网...

【技术保护点】
石墨烯的制备方法，以质量份计，包括以下步骤：1）组分配比、2）干混形成半粉体物料、3）模压成圆柱坯体、4）挤压成棒状毛坯；其特征在于：1）、组分配比：取石墨烯0~5份，石油焦0~5份，沥青3份，所述组分质量配比中石墨烯、石油焦及沥青总质量配比为8份，且所述的石墨烯与石油焦质量配比不能同时为零：2）、干混形成半粉体物料：将石墨烯与石油焦在170~190℃条件下经混捏机干混30~90min，混合均匀后再加入软化点为80~120℃的沥青进行湿混30~90min，使其形成半粉体物料；3）、模压成圆柱坯体：将半粉体物料料置于预成型模腔中，在0.2~0.3Mpa压力下模压成圆柱坯体；4）、挤压成棒状毛坯：将圆柱坯体放在挤压成型模腔中挤压，制成尺寸规格可调整的棒状毛坯。

【技术特征摘要】
1.石墨烯的制备方法，以质量份计，包括以下步骤：1）组分配比、2）干混形成半粉体物料、3）模压成圆柱坯体、4）挤压成棒状毛坯；其特征在于：
1）、组分配比：取石墨烯0~5份，石油焦0~5份，沥青3份，所述组分质量配比中石墨烯、石油焦及沥青总质量配比为8份，且所述的石墨烯与石油焦质量配比不能同时为零：
2）、干混形成半粉体物料：将石墨烯与石油焦在170~190℃条件下经混捏机干混30~90min，混合均匀后再加入软化点为80~120℃的沥青进行湿混30~90min，使其形成半粉体物料；
3）、模压成圆柱坯体：将半粉体物料料置于预成型模腔中，在0.2~0.3Mpa压力下模压成圆柱坯体；
4）、挤压成棒状毛坯：将圆柱坯体放在挤压成型模腔中挤压，制成尺寸规格可调整的棒状毛坯。

【专利技术属性】
技术研发人员：杨云胜，杨星，郭颢，蒋伟良，
申请(专利权)人：江苏中亚新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32