[發明專利]鋰離子電池導電添加劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201010503321.5
• 申請日: 2010-10-09
• 公開（公告）號: CN101997120A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 岳敏;張少波;時浩;梁奇;梅佳
• 申請（專利權）人: 深圳市貝特瑞納米科技有限公司;深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;C01B31/04
• 代理公司: 深圳市中知專利商標代理有限公司 44101
• 代理人: 孫皓;林虹

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池材料及其制備方法，特別是一種鋰離子電池材料的導電添加劑及其制備方法。

技術背景

二維結構的石墨烯是形成各種sp2雜化碳材料的基本單元，石墨是由石墨烯片層堆積而成的具有層狀結構的sp2雜化碳材料的典型代表，碳納米管也可以看作是卷曲成圓筒狀的石墨烯。自從石墨的層狀結構被確定后，隨著零維的富勒烯材料、一維的碳納米管材料，尤其是單壁碳納米管的相繼發現，引起了人們對于二維的理想石墨烯片層材料能否穩定存在產生極大的興趣。過去人們一直認為，嚴格的二維晶體在熱力學上具有不穩定性，是不可能存在的。2004年，英國曼徹斯特大學的Novoselov等人首次利用機械剝離法獲得了單層、雙層及三層的石墨烯片層，且該石墨烯片層能夠在外界環境中穩定存在。2007年，Meyer等人報道了能夠在真空或空氣中自由地附著于微型金屬支架上的單層石墨烯片層，這些片層只有一個碳原子厚度0.35nm，卻表現出長程的晶序。自由態的石墨烯片層能夠穩定存在這一發現推翻了歷來被公認的“完美的二維晶體結構無法在非絕對零度下穩定存在”的論述。自由態的石墨烯單層是目前世界上人工制得的最薄物質，也是第一個真正意義上的二維材料。它表現出諸多奇特的電學性質，成為目前凝聚態物理學研究的熱點。在單層石墨烯中，每個碳原子都貢獻出一個未成鍵的電子，這些電子能夠在晶體中自由移動，賦予石墨烯非常優良的導電性，石墨烯中電子的典型傳導速率為8×10⁵m/s，比一般半導體中的電子傳導速度快得多。其具有的獨特的能帶結構使空穴和電子相互分離，導致了新的電子傳導現象的產生，例如不規則量子霍爾效應。

目前已知的石墨烯制備方法包括機械剝離法、SiC熱解法、化學氣相沉積法、碳納米管切割法。機械剝離法是通過機械力從新鮮石墨晶體表面剝離出石墨烯片層，運用這種方法獲得的石墨烯片層尺度可達100μm左右；SiC熱解法是通過加熱6H-SiC單晶脫除Si，在特定的單晶面上分解出石墨烯片層；化學氣相沉積是以Ni、Ru等過渡金屬為基體，利用碳源裂解的碳原子在基體表面析出，得到單層或多層的石墨烯；碳納米管切割法則是利用激光對碳納米管的卷曲片層進行軸向切割從而獲得單層和多層石墨烯。

在上述方法中，對于機械剝離法而言，僅能夠得到極少量的石墨烯且很難分理出純的單層或幾層的石墨烯；對于加熱SiC法而言，雖然可以通過控制加熱溫度來控制石墨烯的層數，但反應條件苛刻且無法進行大規模生產；化學氣相沉積也存在同樣的問題，碳原子簇的規則沉積只能發生在某些特定的基體上且層數難以精確控制；碳納米管切割法的操作在納米級別上，對設備精度要求極高，目前僅僅能夠在實驗室水平進行研究。

對鋰離子電池負極材料和導電劑的研究中，作為最早為人們所研究并應用于鋰離子電池商業化的碳質材料仍是大家關注和研究的重點之一，今后的研究重點仍是怎樣更好地利用廉價天然石墨和開發有價值的無定形碳材料。現有技術的鋰離子二次電池主要使用導電石墨、乙炔黑和碳納米管作為導電添加劑，乙炔黑是由呈球形的無定形碳顆粒組成的鏈狀物，是目前使用最為廣泛的導電添加劑，價格低廉，但為了達到增強電極活性物質間互相接觸的目的，所需要的添加量較大，從而造成電極容量的下降；碳納米管是呈線型的一維碳質材料，與乙炔黑相比，碳納米管具有更佳的導電性能且添加量更少，但目前碳納米管的價格昂貴，且作為導電添加劑使用時存在分散困難的缺點，成為阻礙其進一步應用的主要因素。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋰離子電池導電添加劑及其制備方法，解決的技術問題是提高鋰離子電池正、負極材料的導電性能和循環壽命，并進行規模化工業生產。

本發明采用以下技術方案：一種鋰離子電池導電添加劑，所述鋰離子電池導電添加劑為石墨烯，為粒徑分布于10nm-100μm間的黑色粉末，是由單層-1000層相平行或接近于平行的石墨烯片層構成的碳質材料，比表面積為50-1500m²/g，電導率為1×10⁴-9×10⁴S/m。