[發明專利]THAQ/石墨烯復合材料、其制備方法、電池正極和鋰離子電池

有效

• 申請號: 201210217725.7
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN103515609A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 周明杰;鐘玲瓏;王要兵
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/60;H01M4/137;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

技術領域

本發明涉及電化學領域，尤其涉及一種THAQ/石墨烯復合材料及其制備方法。本發明還涉及一種使用THAQ/石墨烯復合材料作為正極活性材料的電池正極，以及使用該電池正極作為正極的鋰離子電池。

背景技術

隨著各種新能源的發展，便攜式電子設備的小型化發展及電動汽車對大容量高功率化學電源的廣泛需求。目前商品化的鋰離子電池大多采用無機正極/石墨體系，其中這些正極活性材料主要是磷酸鐵鋰，錳酸鋰，鈷酸鋰，鎳酸鋰以及混合的體系。雖然這類體系的電化學性能優異，但是由于其本身容量較低(如磷酸鐵鋰的理論170mAh/g)，制備工藝復雜，成本高等諸多的缺點。

以蒽醌及其聚合物、含共軛結構的酸酐等為代表的羰基化合物作為一種新興的正極活性材料逐漸受到關注，其電化學反應機制是：放電時每個羰基上的氧原子得一個電子,同時嵌入鋰離子生成烯醇鋰鹽；充電時鋰離子脫出，羰基還原，通過羰基和烯醇結構之間的轉換實現鋰離子可逆地嵌入和脫出。THAQ（1,4,5,8-四羥基-9,10-蒽醌）是一種有機多醌類化合物其每個分子中有六個能與鋰離子反應的活性電位，其理論容量855mAh/g，但是實際制備得到的THAQ（Acta?Phys.-Chim.Sin.,2010,26(1)：47-50）容量僅為250mAh/g，遠遠小于其理論容量。

發明內容

基于上述問題，本發明提供一種THAQ/石墨烯復合材料。

本發明的技術方案如下：

一種THAQ/石墨烯復合材料，按照質量百分比，其包括50~95%的THAQ和5~50%的石墨烯；其中，THAQ，即是1,4,5,8-四羥基-9,10-蒽醌。

上述THAQ/石墨烯復合材料的制備方法，包括如下步驟：

S1、將氧化石墨加入水中超聲0.5~3h形成濃度為1.1~8.3g/L懸浮液；

S2、將THAQ溶解于有機溶劑，如，乙醇、異丙醇或四氫呋喃中，配置成濃度為1.2~1.9g/L的THAQ溶液，再將配好的THAQ溶液倒入步驟S1中的懸浮液中，THAQ與氧化石墨烯之間的質量比為1~19:1，劇烈攪拌24~48h，制得混合溶液；

S3、將還原劑，如，NaBH₄、KBH₄、水合肼或乙二胺緩慢的加入到步驟S2的混合溶液中，室溫劇烈攪拌24~48h，水洗、過濾，60~100℃真空干燥濾物12~24h后得到THAQ/石墨烯復合材料。

上述THAQ/石墨烯復合材料的制備方法的步驟S1中，氧化石墨采用如下方法制得：

將石墨加入濃硫酸和濃硝酸組成的混合酸液中形成混合液，將混合液的溫度保持在-2℃~2℃攪拌10min~30min；

向混合液中加入高錳酸鉀，繼續將混合液的溫度保持在-2℃~2℃攪拌1h；

將混合液升溫至80℃~90℃并保持0.5h~2h；

向混合液中加入去離子水，繼續在80℃~90℃保溫0.5h~2h；及

向混合液中加入過氧化氫除去高錳酸鉀，抽濾，洗滌固體物，干燥固體物后得到氧化石墨；

其中，石墨與濃硫酸及濃硝酸的固液比為1g:80ml~110ml:15ml~35ml；石墨與高錳酸鉀的質量比為1:1~1:10。

上述THAQ/石墨烯復合材料的制備方法的步驟S3中，還原劑與氧化石墨的質量比為10~50:1。

本發明還提供一種電池正極，包括鋁箔以及涂覆在鋁箔上的正極活性材料，該正極活性材料上述THAQ/石墨烯復合材料。

本發明提供的一種鋰離子電池，該電池采用上述電池正極作為正極。

本發明提供的THAQ/石墨烯復合材料，該復合材料存在高電導率的石墨烯，能有效的將電子快速的傳導到其表面的THAQ分子活性反應中心，有利于提高THAQ分子容量的發揮。

附圖說明

圖1為本發明THAQ/石墨烯復合材料的制備工藝流程圖；

圖2為實施例9的鋰離子電池結構示意圖。

具體實施方式

本發提供一種可用于鋰離子電池正極的活性材料，即THAQ/石墨烯復合材料，其中、THAQ（即1,4,5,8-四羥基-9,10-蒽醌）的質量百分比為50~95%，石墨烯占5~50%。

該THAQ/石墨烯復合材料的制備方法，如圖1所示，包括如下工藝步驟：

S1、將氧化石墨加入水中超聲0.5~3h形成濃度為1.1~8.3g/L懸浮液；