專利名稱：一種正電極及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種正電極及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
自從英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈· K ·海姆(Andre K. Geim)等在2004年制備出石墨烯材料。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)受到了人們廣泛的重視。單層石墨具有大的比表面積，優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和低的熱膨脹系數(shù)而被認(rèn)為是理想的材料。尤其是其高導(dǎo)電性質(zhì)，大的比表面性質(zhì)和其單分子層二維的納米尺度的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，可以廣泛的應(yīng)用于電極材料。因此，石墨烯材料被用作超級電容器和鋰離子電池的電極材料。1990年，日本SONY公司首次成功地推出商品化的鋰離子二次電池，其正極材料的活性物質(zhì)采用鈷酸鋰(LiCoO2)t5由于鈷酸鋰制作工藝簡單、材料熱穩(wěn)定性性能好、循環(huán)壽命長，因此，至今為止仍是最主要的鋰離子二次電池正極材料，但是其存在價格昂貴、有毒、安全性能不高的缺點(diǎn)。之后，隨著對電池的低成本、高比能量、循環(huán)性能好、高安全性和對環(huán)境友好等的要求的不斷提高，鋰離子二次電池正極材料步入迅速發(fā)展的階段。除層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰外，過渡金屬氧化物如層狀結(jié)構(gòu)的LiNW2和尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4作為正極材料的活性物質(zhì)被廣泛使用。其中，LiNiO2理論容量比較高075mAh/g)，但熱穩(wěn)定差、制備困難、 易發(fā)生副反應(yīng)、生成的產(chǎn)物影響電池的容量和循環(huán)性能；而LiMn2O4循環(huán)性能差、比容量較低(理論比容量僅約為148mAh/g)，這主要是由于Mn3+易發(fā)生岐化反應(yīng)和Jahn-Telle畸變效應(yīng)。橄欖石結(jié)構(gòu)的LiMPO4(M = FeXo.Mn.Ni等)聚陰離子的化合物，由于其特殊的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致這一類材料具有極低的電子導(dǎo)電率和離子擴(kuò)散速率。不管上面哪類正極材料，都不能滿足高的功率和能量密度的要求。鋰離子電池具有較高的能量密度，但其功率密度較低。怎樣使體系同時具有較高的能量密度和較高的功率密度是現(xiàn)階段急需解決的一個很重要的問題。為了提高鋰離子電池的功率密度，多采用納米化和提高導(dǎo)電率的方法，但其提高功率密度的程度有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種能具有雁電容和雙電層電容，以及提供較大能量密度和功率密度的正電極及其制備方法。以及，上述正電極在鋰離子電池和/或超級電容器中的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種正電極，包括正極基片和結(jié)合在所述正極基片表面的正極涂層，所述正極涂層包含石墨烯衍生物材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑；所述石墨烯衍生物材料分子結(jié)構(gòu)式如下
權(quán)利要求
1.一種正電極，包括正極基片和結(jié)合在所述正極基片表面的正極涂層，所述正極涂層包含石墨烯衍生物材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑；所述石墨烯衍生物材料分子結(jié)構(gòu)式如下
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正電極，其特征在于所述石墨烯衍生物材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量含量分別為x、y、z，其中，x+y+z = l，0<x，y，z< 1。
3.—種正電極制備方法，包括如下步驟獲取石墨烯衍生物材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和正極基片，其中，所述石墨烯衍生物材料分子結(jié)構(gòu)式如下醒將石墨烯衍生物材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑混合，制備成正極涂層液；將正極涂層液涂覆到正極基片表面，經(jīng)干燥，得到所述正電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的正電極制備方法，其特征在于所述石墨烯衍生物材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量含量為x、y、z，其中，x+y+z = 1,0 < X, y, Z < 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的正電極制備方法，其特征在于所述石墨烯衍生物材料獲取方法如下
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正電極制備方法，其特征在于所述加熱進(jìn)行氧化反應(yīng)的過程包括下列步驟所述多壁碳納米管或者天然鱗片石墨中先在酸性條件下處理ι 1 后， 再加入高錳酸鉀溶液，在室溫下攪拌1 池，然后加熱至55°C 70°C進(jìn)行氧化反應(yīng)1 證。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正電極制備方法，其特征在于所述氧化反應(yīng)步驟中，所述多壁碳納米管或者天然鱗片石墨與所述高錳酸鉀的質(zhì)量比為1 5 20;所述氧化反應(yīng)步驟中，所述多壁碳納米管或者天然鱗片石墨與所述酸性條件下的酸的用量關(guān)系為每0. 5g多壁碳納米管或者天然鱗片石墨中添加20 50ml的酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正電極制備方法，其特征在于所述洗滌是將經(jīng)過濾所得的固體先用水洗滌，再用低沸點(diǎn)水溶性有機(jī)溶劑洗滌；所述干燥是將經(jīng)洗滌后的固體置于40-60°C下真空干燥對-7濁。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的正電極制備方法，其特征在于所述低沸點(diǎn)水溶性有機(jī)溶劑為乙醇、甲醇、乙腈中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的正電極在鋰離子電池和/或超級電容器中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正極，包括正極基片和結(jié)合在正極基片表面的正極涂層，該正極涂層包含石墨烯衍生物材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑；該石墨烯衍生物材料分子結(jié)構(gòu)式如下。該正電極制備方法為獲取石墨烯衍生物材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和正極基片；將石墨烯衍生物材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑混合，制備成正極涂層液；將正極涂層液涂覆到正極基片表面，經(jīng)干燥，得到所述正電極。本發(fā)明正電極能提供雁電容和雙電層電容，以及提供較大的能量密度和功率密度。正電極制備方法工序簡單，對設(shè)備要求低，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號H01B13/00GK102467990SQ20101053681
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者劉大喜, 周明杰, 潘軍, 王要兵 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司