[發明專利]石墨烯復合鋰離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210533334.6
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103050661A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 楊全紅;鄭曉雨;游從輝;李寶華;張辰;蘇方遠;呂偉;魏偉;陶瑩;康飛宇
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;B82Y30/00
• 代理公司: 深圳市瑞方達知識產權事務所(普通合伙) 44314
• 代理人: 張秋紅;張約宗

1.一種復合鋰離子電池負極材料，其特征在于，該材料包括多層石墨烯片層，在相鄰的石墨烯片層之間設有空心納米負極顆粒層，所述石墨烯片層將所述空心納米負極顆粒層中的空心納米負極顆粒逐個半包圍間隔開，所述相鄰的石墨烯片層之間留有間隙；所述的空心納米負極顆粒由碳外層、中空的金屬負極材料內層組成的兩層空心結構。

2.根據權利要求1所述的復合鋰離子電池負極材料，其特征在于，所述石墨烯片層是由石墨烯或氧化石墨烯中的至少一種組成的片層結構，所述石墨烯或氧化石墨烯的含量不低于負極材料總重量的1%。

3.根據權利要求1所述的復合鋰離子電池負極材料，其特征在于，所述碳外層是由有機碳源熱分解得到的中空殼狀結構。

4.根據權利要求1所述的復合鋰離子電池負極材料，其特征在于，所述中空的金屬負極材料內層由充滿電后體積膨脹比例大于5%的金屬、合金、金屬氧化物中的至少一種制成。

5.一種復合鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）、將原料二氧化硅的有機前軀體、陽離子表面活性劑、錫鹽溶液、有機碳源混合后反應；之后加入氧化石墨烯或石墨烯的分散液繼續反應；最后干燥得到中間產物；其中原料重量份數分別為：二氧化硅的有機前軀體1-20、陽離子表面活性劑2-10、錫鹽5-50、有機碳源5-50、氧化石墨烯或石墨烯1-10；

（2）、采用處理液處理中間產物，然后洗滌干燥得到初產物；在氧化性氣體含量低于0.01%的環境中對初產物進行熱處理，即得到復合鋰離子電池負極材料。

6.根據權利要求5所述的復合鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，?所述步驟（1）包括以下子步驟：

A、先調節溶劑的pH值至堿性，再依次加入原料二氧化硅的有機前軀體、陽離子表面活性劑、錫鹽溶液，攪拌反應2-25小時；再加入有機碳源攪拌下繼續反應2-25小時；所述溶劑為乙醇和水的混合溶液；

B、將步驟A得到的溶液滴加到氧化石墨烯或石墨烯的分散液中，繼續攪拌反應；

C、將步驟B最后的反應溶液干燥后得到固體為中間產物。

7.根據權利要求5所述的復合鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中，所述二氧化硅的有機前軀體為硅酸酯、硅烷中的至少一種；所述錫鹽溶液為氯化亞錫、四氯化錫、草酸亞錫的水溶液中的至少一種。

8.根據權利要求5所述的復合鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中，所述有機碳源為葡萄糖、蔗糖、果糖、麥芽糖、殼聚糖、半乳糖、乳糖、糊精、纖維素、淀粉、乙二酸、水楊酸、檸檬酸、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛樹脂、聚氯乙烯樹脂、環氧樹脂、聚四氟乙烯烷氧基樹脂、尿素中的至少一種。

9.根據權利要求5所述的復合鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）中，所述采用處理液處理是將中間產物放置于處理液中浸泡，浸泡時間為1-24?h，所述的處理液為強酸溶液、強堿溶液或者HF溶液。

10.根據權利要求5所述的復合鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，所述熱處理是以1-50℃/min?的升溫速率升溫至200-500℃恒溫對初產物熱處理1-10h，然后以5℃/min的升溫速率升溫至600-1000℃再次恒溫1-10小時。