[發明專利]通過用氧化石墨烯形成復合材料而增強電極(陽極和陰極)性能

有效

• 申請號: 201110325299.4
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN102456869A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: R·耐斯珀爾;T·卡斯帕;Y·麥坦
• 申請（專利權）人: 巴萊諾斯清潔能源控股公司
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/1391;H01M4/485;B82Y30/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 張蓉珺;林柏楠

1.一種用于再充式鋰電池組的電極，其包含納米顆粒形式的電子活性材料(EAM)和基體，并優選由它們組成，其特征在于在第一次充電或放電以前，EAM為Li_xH_2-xV₃O₈，其中該式單元中3個V原子中至少一個具有氧化態4+，且其中x為0.1-1.5，優選0.5-1.5，更優選x接近1。

2.根據權利要求1的電極，其特征在于所述基體由其中摻有石墨烯薄片和任選離子鋰源的熱解產物以及任選還有穩定劑組成。

3.根據權利要求2的電極，其中電極中基體的重量比參考活性電極的重量為至多10重量％，優選5±2重量％，和/或無定形含碳材料與石墨烯比為2∶1-1∶1，優選約3∶2。

4.一種生產顆粒基，尤其是纖維基電極材料的方法，其包括以下步驟：(A)制備包含電子活性前體材料的分散體，所述分散體包含：

(i)可溶性鋰源和氫氧化物源，尤其是氫氧化鋰，和

(ii)可溶于水且-與電子活性材料混合-可熱解的至少部分有機物質，

和

(iii)電子活性材料(EAM)，和

(iv)氧化石墨烯(GO)，

(B)將固體電子活性前體材料從液相中分離，

(C)干燥步驟(B)的電子活性前體材料，

(D)熱解步驟(C)的電子活性前體材料以得到活性電極材料。

5.根據權利要求4的方法，其中它包括另外的步驟：

(E)將步驟(D)的活性電極材料切割成型并將活性電極材料放在基材上。

6.根據權利要求4或5的方法，其中它包括步驟：

(Ba)在進行步驟(C)以前將步驟(B)的電子活性前體材料應用于基材上。

7.根據權利要求4、5或6中任一項的方法，其中步驟(A)包括子步驟：

(Aa)制備包含鋰源、氫氧化物源，尤其是氫氧化鋰，和可溶于有機溶劑和/或水中且-與電子活性材料混合-可熱解的至少部分有機物質的溶液，所述溶液通過將有機化合物和鋰源和氫氧化物源溶于所述有機溶劑和/或水中而制備，

(Ab)加入氧化石墨烯的水分散體/溶液，同時確保pH保持在8-10之間，

(Ac)將電子活性材料(EAM)分散在步驟(b)中制備的分散體中并均化，

(Ad)進行水熱步驟以在壓力增強條件下將氧化石墨烯鋰化、自組裝和熱分解成石墨烯，產生包含電子活性前體材料的分散體，所述分散體為具有致密固體漂浮于其中的黑色液體的形式。

8.根據權利要求4、5或6中任一項的方法，其中步驟(A)包括子步驟：

(Aα)將任選穩定化的EAM分散在有機溶劑和/或水中，

(Aβ)加入氧化石墨烯溶液，

(Aγ)將步驟(Aβ)中所得分散體凍結，

(Aδ)通過將它加暖，優選至室溫(RT)而將凍結的分散體融化，

(Aε)加入鋰源和氫氧化物源，尤其是氫氧化鋰，和可溶于所述有機溶劑和/或水中且-與電子活性材料混合-可熱解的至少部分有機物質，

(Aζ)等待直至包含電子活性前體材料的分散體為深藍色。

9.根據權利要求4、5或8中任一項的方法，其中步驟(C)包括子步驟：

(Cα)將電子活性前體材料首先在有機溶劑和/或水的沸點溫度以下的溫度下，例如在RT下干燥，

(Cβ)然后將電子活性前體材料在有機溶劑和/或水的沸點溫度以上的溫度下干燥。

10.根據權利要求4-9中任一項的方法，其中所述熱解步驟(步驟D)在約150℃至約350℃的溫度范圍內，優選在約200℃下進行。

11.根據權利要求10的方法，其中它包括步驟：

(Da)將步驟(D)的熱活性電極材料抽空至少30分鐘并(在該抽空時間期間)冷卻活性電極材料。

12.根據權利要求4-11中任一項的方法，其在水中進行。