一种氮化铝掺杂还原氧化石墨烯-锂复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电极材料技术领域，特别涉及一种氮化铝掺杂还原氧化石墨烯

【技术实现步骤摘要】
一种氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
‑
锂复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电极材料
，特别涉及一种氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
‑
锂复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为目前应用最广泛的二次电池。金属锂具有超高的比容量(3860mAh/g)、最低的对氢电化学电势(
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3.04V vs标准氢电极)及较小的密度，采用金属锂作为负极将极大得提升电池的能量密度。
[0003]金属锂负极的安全问题和循环稳定性是商业化应用的最大阻碍，主要原因是锂枝晶的不可控生长，具体表现为以下方面：(1)锂枝晶的不可控生长。在电池循环过程中，金属锂的反复溶解和沉积加剧枝晶生长，枝晶可能会刺破隔膜导致电池短路伴随热失控，存在严重的爆炸风险和安全隐患。(2)电解液的连续消耗及“死锂”的不断产生，降低电池的库伦效率。金属锂化学性质活泼，与电解液接触时发生不可逆反应，在表面生成一层固态电解质层(SEI)；此外，枝晶生长到一定程度脱落形成“死锂”，造成锂源损失、电池库伦效率降低，从而导致电池的容量衰减。(3)金属锂负极的体积膨胀。金属锂负极在循环过程中SEI膜的反复破裂与生长，会逐渐增加SEI膜的厚度，严重情况甚至造成电极的粉化。
[0004]目前，针对锂枝晶生长问题，已有许多种改性策略应用于锂负极：其中一种是采取三维集流体、结构优化设计等手段调控金属锂的电化学沉积，降低局部电流密度并一定程度上缓解电极体积膨胀。该方法通过结构设计结合三维集流体可以降低电流密度、均匀电场分布，对解决枝晶生长、体积膨胀问题卓有成效。碳材料由于其良好的导电性、较轻的密度，以及化学可修饰性，易与其他材料进行复合而被用于锂负极的改性。但目前以碳材料骨架(如碳布、碳纤维、生物碳材料)作为三维集流体的技术方案中，三维骨架熔锂之后几乎都会发生锂过量，而且非活性骨架的引入，使得电池的整体能量密度较低。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料及其制备方法，本专利技术提供的氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料不会发生锂过量，在有效抑制锂枝晶生长的同时能量密度高。
[0006]为了实现上述专利技术的目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将氮化铝和氧化石墨烯水分散液混合，得到悬浮液；
[0009]将所述悬浮液进行抽滤和干燥，得到氮化铝掺杂氧化石墨烯薄膜；
[0010]将所述氮化铝掺杂氧化石墨烯薄膜进行热辐射还原膨化，得到氮化铝掺杂还原氧化石墨烯膨化三维骨架；
[0011]将所述氮化铝掺杂还原氧化石墨烯膨化三维骨架压制后，进行吸附液态熔融金属锂处理，得到所述氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料。
[0012]优选的，所述氮化铝的粒径为0.5～3μm。
[0013]优选的，所述氮化铝和氧化石墨烯水分散液中氧化石墨烯的质量比为(0.1～0.5)：1。
[0014]优选的，所述干燥的温度为20～35℃，时间为20～30h。
[0015]优选的，所述热辐射还原膨化中热辐射的功率为300～500W，时间为2～5s。
[0016]优选的，所述压制的方法为辊压；所述辊压中两辊轮的间距为15～40μm，辊压的次数为2～4次。
[0017]优选的，所述吸附液态熔融金属锂处理包括以下步骤：将压制后的氮化铝掺杂还原氧化石墨烯膨化三维骨架的边缘接触液态熔融金属锂，进行液态熔融金属锂的吸附。
[0018]优选的，所述吸附的时间为10～30s。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法得到的氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料。
[0020]本专利技术还提供了上述技术方案所述氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料作为负极材料在锂电池中的应用。
[0021]本专利技术提供了一种氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：将氮化铝和氧化石墨烯水分散液混合，得到悬浮液；将所述悬浮液进行抽滤和干燥，得到氮化铝掺杂氧化石墨烯薄膜；将所述氮化铝掺杂氧化石墨烯薄膜进行热辐射还原膨化，得到氮化铝掺杂还原氧化石墨烯膨化三维骨架；将所述氮化铝掺杂还原氧化石墨烯膨化三维骨架压制后，进行吸附液态熔融金属锂处理，得到所述氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料。
[0022]本专利技术采用抽滤结合热辐射还原法制备得到层状的氮化铝掺杂还原氧化石墨烯膨化三维骨架；压制步骤使本专利技术提供的复合材料厚度不仅相比商业化的纯锂箔100～300μm的厚度大大降低，还可以通过调节压制设备的压制间距来控制复合材料的载锂量，有利于提高电池整体的能量密度；将压制后的氮化铝掺杂还原氧化石墨烯膨化三维骨架与液态熔融金属锂进行复合，原位生成锂铝合金，锂铝合金作为亲锂的形核位点，有效诱导锂的均匀沉积，缓解锂枝晶的生长，氮化铝颗粒还可以阻止氮化铝掺杂还原氧化石墨烯膨化三维骨架在电池循环过程中的塌陷，同时，在电极表面原位生成的氮化锂作为SEI膜的有益成分，有利于提高锂金属负极的循环稳定性。
[0023]本专利技术提供的氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料能够缓解负极金属锂在沉积剥离循环过程中的体积变化，显著降低局部电流密度均匀电场分布，从而缓解锂枝晶的生长和负极体积膨胀，提高电池的循环稳定性和库伦效率；同时氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料的载锂量可以通过辊压过程中辊轮之间的间距进行调控，有利于提高金属锂的利用率和电池整体的能量密度。
[0024]实施例测试结果表明，本专利技术提供的氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料不会发生锂过量，能量密度高，具有低的界面阻抗和优异的长循环稳定性，说明本专利技术提供的氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料能够有效抑制锂枝晶生长，同时保持高的能量密度。
附图说明
[0025]图1为实施例1中氮化铝掺杂氧化石墨烯薄膜的截面SEM图；
[0026]图2为实施例1中氮化铝掺杂氧化石墨烯薄膜的Al和N元素的SEM
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EDS图；
[0027]图3为实施例1所得氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料的截面SEM图；
[0028]图4为实施例1所得氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料的截面SEM图；
[0029]图5为实施例1所得氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料的截面SEM图；
[0030]图6为实施例2所得氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料的截面SEM图；
[0031]图7为实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：将氮化铝和氧化石墨烯水分散液混合，得到悬浮液；将所述悬浮液进行抽滤和干燥，得到氮化铝掺杂氧化石墨烯薄膜；将所述氮化铝掺杂氧化石墨烯薄膜进行热辐射还原膨化，得到氮化铝掺杂还原氧化石墨烯膨化三维骨架；将所述氮化铝掺杂还原氧化石墨烯膨化三维骨架压制后，进行吸附液态熔融金属锂处理，得到所述氮化铝掺杂还原氧化石墨烯
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锂复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮化铝的粒径为0.5～3μm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮化铝和氧化石墨烯水分散液中氧化石墨烯的质量比为(0.1～0.5)：1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为20～35℃，时间为20～30h...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂江平，朱嘉琪，梁文明，王秀丽，孟浩，潘海滨，
申请(专利权)人：山东威固新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：