[發(fā)明專利]石墨烯衍生物鋰鹽復(fù)合材料及其制備方法和鋰離子電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110421392.5
• 申請(qǐng)日: 2011-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN103165892B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周明杰;王要兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）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
• 主分類號(hào): H01M4/587
• 分類號(hào): H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司44224
• 代理人: 何平

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及鋰離子電池電極材料領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯衍生物鋰鹽復(fù)合材料及其制備方法和使用該石墨烯衍生物鋰鹽復(fù)合材料的鋰離子電池。

【背景技術(shù)】

隨著各種新能源的發(fā)展，便攜式電子設(shè)備的小型化發(fā)展及電動(dòng)汽車的廣泛應(yīng)用，對(duì)大容量高功率化學(xué)電源提出了廣泛需求。傳統(tǒng)的商品化的鋰離子電池大多采用無機(jī)正極/石墨體系，其中無機(jī)正極使用的電極材料主要是磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰或者其混合的體系。雖然這類電極材料的電化學(xué)性能優(yōu)異，但是由于其本身容量較低(如磷酸鐵鋰的理論170mAh/g)、制備工藝復(fù)雜、成本高等諸多的缺點(diǎn)，所以開發(fā)新型的電極材料受到了人們的廣泛重視。

【發(fā)明內(nèi)容】

基于此，有必要提供一種容量較高的電極材料及其制備方法及使用該石墨烯衍生物鋰鹽復(fù)合材料的鋰離子電池。

一種石墨烯衍生物鋰鹽復(fù)合材料，所述復(fù)合材料為含鋰的氧化石墨烯，其中，鋰與氧化石墨烯中的氧結(jié)合形成氧化石墨烯鋰，所述復(fù)合材料中，氧含量為23.4～24.3wt％、鋰含量為6.8～7.3wt％。

一種石墨烯衍生物鋰鹽復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

對(duì)氧化石墨進(jìn)行加熱裂解反應(yīng)，得到氧含量為23.4～24.3wt％的氧化石墨烯；

將所述氧化石墨烯與含鋰離子的化合物混合后用N-甲基吡咯烷酮溶解，攪拌使鋰離子與氧化石墨烯中的氧元素反應(yīng)，生成鋰含量為6.8～7.3wt％的氧化石墨烯鋰，干燥后得到所述石墨烯衍生物鋰鹽復(fù)合材料。

優(yōu)選的，所述氧化石墨是采用如下步驟制得：

將石墨原料、過硫酸鉀和五氧化二磷加入至80℃的濃硫酸中，攪拌均勻，冷卻6小時(shí)以上，抽濾，洗滌至中性，干燥，得到混合樣品；再將所述混合樣品加入至0℃的濃硫酸中，再加入高錳酸鉀，體系的溫度保持在20℃以下，然后在35℃的油浴中保持30分鐘后，緩慢加入去離子水，15分鐘后，再加入含雙氧水的去離子水，直至溶液的顏色變?yōu)榱咙S色，趁熱抽濾，再用濃度為10wt％的鹽酸進(jìn)行洗滌，抽濾，60℃真空干燥即得到氧化石墨。

優(yōu)選的，所述裂解反應(yīng)中，按照1～10℃/分鐘的升溫速率，升溫至100～500℃的反應(yīng)溫度。

優(yōu)選的，所述含鋰離子的化合物為氫氧化鋰、碳酸鋰或醋酸鋰。

此外，該石墨烯衍生物鋰鹽復(fù)合材料還可以采用如下方法制備，包括如下步驟：

對(duì)氧化石墨進(jìn)行加熱裂解反應(yīng)，得到氧含量為23.4～24.3wt％的氧化石墨烯；

將所述氧化石墨烯真空干燥后，以LiPF6溶解在PC和EC為溶劑得到混合溶液為電解液，將與3V直流電源電連接的陰極電極和陽極電極插入電解液中，陰極電極為涂覆有所述氧化石墨烯的鋁箔，陽極電極為鋰片，通0.1C電流密度1小時(shí)后，得到鋰含量為6.8～7.3wt％的所述石墨烯衍生物鋰鹽復(fù)合材料。

優(yōu)選的，所述氧化石墨是采用如下步驟制得：將石墨原料、過硫酸鉀和五氧化二磷加入至80℃的濃硫酸中，攪拌均勻，冷卻6小時(shí)以上，抽濾，洗滌至中性，干燥，得到混合樣品；再將所述混合樣品加入至0℃的濃硫酸中，再加入高錳酸鉀，體系的溫度保持在20℃以下，然后在35℃的油浴中保持30分鐘后，緩慢加入去離子水，15分鐘后，再加入含雙氧水的去離子水，直至溶液的顏色變?yōu)榱咙S色，趁熱抽濾，再用濃度為10wt％的鹽酸進(jìn)行洗滌，抽濾，60℃真空干燥即得到氧化石墨。

優(yōu)選的，所述裂解反應(yīng)中，按照1～10℃/分鐘的升溫速率，升溫至100～500℃的反應(yīng)溫度。

通過上述方法制備出的石墨烯衍生物鋰鹽復(fù)合材料，工藝簡單，可以批量生產(chǎn)；該方法制備的復(fù)合材料含有豐富的氧化石墨烯鋰，能夠提高其作為電極材料的容量，復(fù)合材料的容量達(dá)到283mAh/g，相對(duì)于鈷酸鋰?yán)碚撊萘?74mAh/g、實(shí)際發(fā)揮出的140mAh/g，錳酸鋰的理論容量148mAh/g，磷酸鐵鋰?yán)碚撊萘?70mAh/g，該復(fù)合材料具有高容量的特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用在鋰離子電池電極材料領(lǐng)域。

一種鋰離子電池，包括電解液、正極片、負(fù)極片、置于正極片與負(fù)極片之間的隔膜，所述正極片包括集流體及涂覆在所述集流體上的正極活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，所述正極活性材料為石墨烯衍生物鋰鹽復(fù)合材料，所述石墨烯衍生物鋰鹽復(fù)合材料為含鋰的氧化石墨烯，其中，鋰與氧化石墨烯中的氧結(jié)合形成氧化石墨烯鋰，所述復(fù)合材料中，氧含量為23.4～24.3wt％、鋰含量為6.8～7.3wt％。

該鋰離子電池由于采用具有較高容量的石墨烯衍生物鋰鹽復(fù)合材料作為正極活性材料，電池的比容量高，充放電性能好。

【附圖說明】