[發(fā)明專利]一種鋰離子電池負極用石墨烯復合材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN102683657A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁兆龍;王振中
• 申請（專利權(quán)）人: 常州第六元素材料科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/48
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 梁曉霏

1.一種鋰離子電池負極用石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，所述方法是將石墨烯類材料在濃酸環(huán)境中氧化，超聲分散后與鈦源混合，經(jīng)干燥煅燒后制得。

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述石墨烯類材料選自石墨烯或石墨烯衍生材料；

優(yōu)選地，所述石墨烯類材料具有三維結(jié)構(gòu)，且表面含有大量納米級微孔；優(yōu)選地，所述石墨烯類材料的電導率≥100mS/m；進一步優(yōu)選地，所述石墨烯類材料的表面具有孔徑在2nm-100nm范圍內(nèi)的微孔；特別優(yōu)選地，所述石墨烯類材料的比表面積范圍為1500cm²/g-3000cm²/g；

優(yōu)選地，所述表面含有大量納米級微孔的具有三維結(jié)構(gòu)的石墨烯類材料的制備過程為：將熱處理或者微波輻照得到的石墨烯粉末與強堿反應(yīng)，經(jīng)過后處理制備得到。

3.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述鈦源為鈦源前驅(qū)體和/或納米二氧化鈦粒子；

優(yōu)選地，所述鈦源前驅(qū)體選自四氯化鈦、鈦酸正丁酯和鈦酸異丙酯中的任意1種或至少2種的組合；

優(yōu)選地，所述納米二氧化鈦粒子的粒徑為10-500nm。

4.如權(quán)利要求1-3之一所述的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

（1）將石墨烯類材料在濃酸環(huán)境中氧化得到氧化石墨類材料，經(jīng)超聲分散于分散劑中得懸浮液a；

（2）將鈦源添加到懸浮液a中混合均勻，并水解得到懸浮液b；

（3）將懸浮液b攪拌均勻，經(jīng)抽濾或者噴霧干燥得到塊狀或者粉末材料，將塊狀或者粉末材料煅燒得到二氧化鈦/石墨烯復合材料。

5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）所述濃酸選自濃硫酸、濃硝酸、濃高氯酸、濃磷酸和濃鹽酸中的任意1種或至少2種的組合，優(yōu)選濃硫酸、濃鹽酸、濃高氯酸/濃磷酸的組合、濃硝酸/濃高氯酸/濃鹽酸的組合，進一步優(yōu)選濃硫酸和/或濃高氯酸；

優(yōu)選地，步驟（1）所述氧化為用氧化劑進行氧化；所述氧化的時間為0.5h-5h；

優(yōu)選地，所述氧化劑選自高錳酸鉀、硝酸鹽、高氯酸鹽、過氧化氫、鉻酸鹽和過硫酸鹽中的任意1種或至少2種的組合，優(yōu)選硝酸鹽、鉻酸鹽、過硫酸鹽中的任意1種或至少2種的組合；最優(yōu)選高錳酸鉀和/或過氧化氫；

優(yōu)選地，步驟（1）所述分散劑為水，或水與乙醇、異丙醇、乙二醇中的任意1中或至少2種的組合，優(yōu)選自水、水/乙醇、水/乙醇/丙二醇中的任意1種或至少2種的組合，進一步優(yōu)選水。

6.如權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）所述懸浮液中，可以添加表面活性劑，所述表面活性劑選自十二烷基磺酸鈉、硬脂酸、PVA中的任意1種或至少2種的組合，優(yōu)選十二烷基磺酸鈉；優(yōu)選地，所述表面活性劑的添加量為0-5wt%；

優(yōu)選地，步驟（2）所述懸浮液b中，石墨烯類材料的質(zhì)量百分含量為0.1wt%-15wt%，優(yōu)選0.1-10wt%，進一步優(yōu)選3-10wt%；

優(yōu)選地，步驟（2）所述懸浮液b中，鈦源和氧化石墨類材料的質(zhì)量比為1∶3-8，優(yōu)選1∶4-6，進一步優(yōu)選1∶5；

優(yōu)選地，步驟（2）所述水解溫度為50-90℃，優(yōu)選50-70℃，進一步優(yōu)選60℃；

優(yōu)選地，步驟（2）所述水解時間為1-8h，優(yōu)選1-6h，進一步優(yōu)選2h。

7.如權(quán)利要求4-6之一所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）所述噴霧干燥的溫度為100℃-200℃，優(yōu)選120℃-180℃；

優(yōu)選地，步驟（3）所述煅燒為高溫煅燒處理，所述煅燒溫度為500℃-1200℃，優(yōu)選500℃-1000℃；優(yōu)選地，所述煅燒時間為4-15h，優(yōu)選4-8h，進一步優(yōu)選6h；

優(yōu)選地，所述煅燒在保護氣氛中進行，所述保護氣氛為氫氣和惰性氣體的組合，所述惰性氣體優(yōu)選氬氣和/或氮氣；進一步優(yōu)選地，所述保護氣氛為氫氣/氬氣的組合和/或氫氣/氮氣的組合，特別優(yōu)選氫氣/氬氣的組合。