[發明專利]硼摻雜石墨烯復合電極材料及其制備方法、鋰離子電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201210428384.8
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN103794795A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 周明杰;鐘輝;王要兵;袁新生
• 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;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/583;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 劉誠;何平

技術領域

本發明涉及石墨烯復合電極材料領域，特別是涉及硼摻雜石墨烯復合電極材料及其制備方法和使用該硼摻雜石墨烯復合電極材料的鋰離子電池及其制備方法。

背景技術

二十世紀九十年代，碳材料作為儲能材料的使用推動了超級電容器、鋰離子電池的大力發展。而石墨烯作為一種新型碳材料，自從2004年被發現以來，由于其二維單分子層結構以及優異的物理性質，如高的理論比表面積、優異的機械強度、良好的柔韌性和高的電導率等，給能源等領域中的材料帶來巨大變革。

石墨烯非常容易衍生化，其衍生物也受到研究者的廣泛關注，目前石墨烯衍生物主要有氮摻雜石墨烯和硼摻雜石墨烯。其中硼摻雜石墨烯由于硼原子比碳原子外層少一個電子，呈P-型摻雜，相比石墨烯具有更好的儲能性能。硼摻雜石墨烯的硼含量越高，儲能性能越好，且欠電位沉積鋰的電位較高，在1V?vsLi/Li+以上，不會形成SEI膜，因此硼摻雜石墨烯是一種理想欠電位沉積鋰的材料。但該材料容易團聚，導致其欠電位沉積的位點并不能充分利用，而且與電解液的浸潤性較差，所獲得的儲能容量并不高。

發明內容

基于此，有必要提供一種不易團聚且儲能容量較高的硼摻雜石墨烯復合電極材料及其制備方法和使用了硼摻雜石墨烯復合電極材料的鋰電子電池及其制備方法。

一種硼摻雜石墨烯復合電極材料的制備方法，包括硼摻雜石墨烯、六氟磷酸鋰和N-甲基吡咯烷酮；所述硼摻雜石墨烯和所述六氟磷酸鋰分散在所述N-甲基吡咯烷酮中。

在其中一個實施例中，所述硼摻雜石墨烯與所述六氟磷酸鋰的質量比為2:1~25:1，所述N-甲基吡咯烷酮與所述六氟磷酸鋰的質量比為500:1~5000:1。

一種硼摻雜石墨烯復合電極材料的制備方法，包括：

將石墨進行氧化，得到氧化石墨；

將所述氧化石墨分散在去離子水中，超聲2小時~4小時，過濾，烘干，得到氧化石墨烯；

將所述氧化石墨烯與三氧化二硼混合后置于惰性氣體的氣氛下，升溫至800°C~1300°C并保溫0.5小時~2小時后冷卻至室溫，得到混合物，除去殘留的三氧化二硼，洗滌，干燥，得到硼摻雜石墨烯；及

將所述硼摻雜石墨烯和所述六氟磷酸鋰置于N-甲基吡咯烷酮中并超聲處理，然后于真空下攪拌，得到硼摻雜石墨烯復合電極材料。

在其中一個實施例中，所述硼摻雜石墨烯與所述六氟磷酸鋰的質量比為2:1~25:1，所述N-甲基吡咯烷酮與所述六氟磷酸鋰的質量比為500:1~5000:1。

在其中一個實施例中，所述氧化石墨與三氧化二硼的質量比為0.5:1~4:1。

在其中一個實施例中，所述除去殘留的三氧化二硼的步驟為將所述混合物置于3mol/L的氫氧化鈉溶液中攪拌2小時~4小時后過濾。

一種鋰離子電池，包括電池殼體及收容在所述電池殼體內的電極片、對電極、隔膜和電解液；

所述電極片包括權利要求1所述的硼摻雜石墨烯復合電極材料；

所述對電極為鋰片；

所述對電極、隔膜和電極片依次層疊設置。

一種鋰離子電池的制備方法，包括：

將所述的硼摻雜石墨烯復合電極材料、粘結劑及導電劑混合均勻，得到漿料；

將所述漿料涂覆在銅箔上，經干燥、切片處理制得電極片；

提供鋰片作為對電極；

按照所述對電極、隔膜和所述電極片的順序依次層疊組裝得到電芯；及

在所述電芯外包覆電池殼體，并向所述電池殼體內注入電解液，密封后得到鋰離子電池。

在其中一個實施例中，所述硼摻雜石墨烯復合電極材料、粘結劑及導電劑的質量比85:5:10；所述粘結劑由羧甲基纖維素和丁苯橡膠組成，所述導電劑為乙炔黑。

在其中一個實施例中，所述電解液為六氟磷酸鋰/碳酸丙烯酯(LiPF₆/PC)。

上述硼摻雜石墨烯復合電極材料及其制備方法和使用了硼摻雜石墨烯復合電極材料的鋰電子電池及其制備方法中，將硼摻雜石墨烯與六氟磷酸鋰在N-甲基吡咯烷酮中混合，獲得硼摻雜石墨烯復合電極材料。由于硼摻雜石墨烯和六氟磷酸鋰在N-甲基吡咯烷酮中的分散性都非常好，六氟磷酸鋰處于硼摻雜石墨烯的片層與片層間，可以防止片層間的團聚。且這種復合材料中含有六氟磷酸鋰，電解液也是六氟磷酸鋰，所以電解液對復合材料的浸潤性較好。因此硼摻雜石墨烯復合電極材料的欠電位沉積的位點可以充分利用，從而有效提高硼摻雜石墨烯的儲能位點。該材料用作鋰離子電池負極材料時表現出優異的儲能性能。

附圖說明