本發(fā)明屬于鋰離子電池，具體涉及一種耐壓實(shí)的氧化石墨烯-磺化瀝青-硅復(fù)合薄膜材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、為了滿足開發(fā)高能量密度、高功率密度和長循環(huán)壽命的鋰離子電池的需求，必須開發(fā)先進(jìn)的電極材料用于便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車和可再生能源集成等各種應(yīng)用。硅與氧化石墨烯的復(fù)合被認(rèn)為是克服上述挑戰(zhàn)的一種非常有應(yīng)用前景的方法。硅與氧化石墨烯片的結(jié)合已被證明能夠顯著提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性，其中氧化石墨烯減輕了硅的體積變化效應(yīng)，促進(jìn)了電子和鋰離子的傳輸。將硅復(fù)合到隨機(jī)取向的氧化石墨烯集成體中可以避免使用任何粘合劑和導(dǎo)電添加劑，但作為柔性薄膜材料，其耐壓實(shí)性能差的問題仍然存在。在氧化石墨烯與硅的混合溶液中加入磺化瀝青，通過刮涂法制備具有堅(jiān)硬骨架結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜材料，其中具有磺化瀝青加固的氧化石墨烯骨架，能夠極大地提高薄膜材料的耐壓實(shí)性能，使其在電池壓實(shí)過程中保持骨架結(jié)構(gòu)的完整性，為循環(huán)過程中鋰離子的運(yùn)輸提供通道，這種剛?cè)岵?jì)的薄膜材料不僅能耐壓實(shí)而且還能夠?qū)崿F(xiàn)材料的彎折，具有優(yōu)異的電化學(xué)性能和廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，并提供一種氧化石墨烯-磺化瀝青-硅耐壓實(shí)復(fù)合薄膜材料的制備方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：

3、s01:將聚合物溶液均勻涂覆到玻璃板上，在70～90℃下烘干后得到聚合物基底；

4、s02:將硅基材料、氧化石墨烯溶液、磺化瀝青溶液通過磁力攪拌器混合均勻，并使用超聲機(jī)進(jìn)行超聲混合，得到涂覆漿料；

5、s03:將所述漿料均勻涂覆到所述聚合物基底上，自然晾干12～24h后將聚合物基底上的氧化石墨烯-磺化瀝青-硅層取下，得到未處理的耐壓實(shí)復(fù)合薄膜材料；

6、s04:將所述氧化石墨烯-磺化瀝青-硅薄膜在惰性氣氛下進(jìn)行熱還原，最終得到耐壓實(shí)復(fù)合薄膜材料。

7、優(yōu)選的，步驟s01中所述聚合物溶液為聚偏氟乙烯與n,n-二甲基乙酰胺混合得到的混合物。

8、優(yōu)選的，步驟s02中所述氧化石墨烯溶液的濃度為10mg/ml，硅基材料粒徑為50～300nm，占所述薄膜材料的30％～90％，磺化瀝青溶液濃度為165mg/ml，氧化石墨烯與磺化瀝青的質(zhì)量比為(84～60):(43～83.5)。

9、優(yōu)選的，步驟s04中惰性氣氛為氬氣、氮?dú)庵械闹辽僖环N，加熱溫度為700℃～900℃，加熱時(shí)間為1～3h。

10、另外，本發(fā)明還提供了一種自支撐負(fù)極極片，不需要粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑。

11、進(jìn)一步的，本發(fā)明還提出一種鋰電池，包括由上述的負(fù)極極片。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

13、(1)在復(fù)合薄膜材料中有氧化石墨烯片層結(jié)構(gòu)作為骨架，為循環(huán)過程中鋰離子的運(yùn)輸提供通道；

14、(2)加入磺化瀝青溶液后，加固了氧化石墨烯的骨架結(jié)構(gòu)，使本發(fā)明的復(fù)合薄膜材料的耐壓實(shí)性能得到了顯著提升，實(shí)現(xiàn)了在高壓下結(jié)構(gòu)的保持，表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。

15、(3)本發(fā)明的自支撐復(fù)合薄膜材料的內(nèi)部硅顆粒表面包覆一層薄的瀝青碳，能夠增大硅顆粒的導(dǎo)電性。

技術(shù)特征：

1.一種氧化石墨烯-磺化瀝青-硅耐壓實(shí)復(fù)合薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧化石墨烯-磺化瀝青-硅耐壓實(shí)復(fù)合薄膜材料的制備方法，其特征在于，步驟s01中所述聚合物溶液為聚偏氟乙烯與n,n-二甲基乙酰胺混合得到的混合物。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧化石墨烯-磺化瀝青-硅耐壓實(shí)復(fù)合薄膜材料的制備方法，其特征在于，步驟s02中所述氧化石墨烯溶液的濃度為10mg/ml，硅基材料粒徑為50～300nm，磺化瀝青溶液濃度為165mg/ml。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧化石墨烯-磺化瀝青-硅耐壓實(shí)復(fù)合薄膜材料的制備方法，其特征在于，步驟s02中所述氧化石墨烯與磺化瀝青的質(zhì)量比為(84～60):(43～83.5)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧化石墨烯-磺化瀝青-硅耐壓實(shí)復(fù)合薄膜材料的制備方法，其特征在于，步驟s03中所述薄膜的涂覆高度為200μm～800μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧化石墨烯-磺化瀝青-硅耐壓實(shí)復(fù)合薄膜材料的制備方法，其特征在于，步驟s04中惰性氣氛為氬氣、氮?dú)庵械闹辽僖环N，加熱溫度為700℃～900℃，加熱時(shí)間為1～3h。

7.一種鋰離子電池負(fù)極，其特征在于，所述負(fù)極由氧化石墨烯-磺化瀝青-硅耐壓實(shí)復(fù)合薄膜材料制備而成，氧化石墨烯-磺化瀝青-硅耐壓實(shí)復(fù)合薄膜材料由權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯-磺化瀝青-硅耐壓實(shí)復(fù)合薄膜材料的制備方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種氧化石墨烯?磺化瀝青?硅耐壓實(shí)復(fù)合薄膜材料及其制備方法，將其應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料。所述薄膜材料包括氧化石墨烯納米片、鑲嵌于所述氧化石墨烯納米片之間的硅顆粒以及均勻混合的磺化瀝青，所述氧化石墨烯納米片以無規(guī)則排列方式作為所述薄膜材料的基本骨架結(jié)構(gòu)；所述硅顆粒作為核被包裹在氧化石墨烯骨架結(jié)構(gòu)之間；所述磺化瀝青作為加固成分連接氧化石墨烯片層及被包裹在其中的硅顆粒，以加固薄膜的骨架結(jié)構(gòu)。所述方法包括將磺化瀝青溶液加入至氧化石墨烯溶液中，將硅粉末加入至上述溶液中，攪拌，超聲；涂覆成膜，自然晾干；燒結(jié)，得到耐壓實(shí)復(fù)合薄膜材料。本發(fā)明的耐壓實(shí)復(fù)合薄膜材料中具有磺化瀝青加固的氧化石墨烯骨架，能夠極大地提高薄膜材料的耐壓實(shí)性能，使其在電池壓實(shí)過程中保持骨架結(jié)構(gòu)的完整性，為循環(huán)過程中鋰離子的運(yùn)輸提供通道，這種剛?cè)岵?jì)的復(fù)合薄膜材料不僅能耐壓實(shí)而且還能夠?qū)崿F(xiàn)材料的彎折，具有優(yōu)異的電化學(xué)性能和廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：張興豪,鄭同暉,孔德斌,張開元,李禹彤,董爍,徐鵬,智林杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國石油大學(xué)（華東）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15