[發明專利]一種用于鋰電池的復合材料及由其制備的紐扣電池

有效

• 申請號: 201510071916.0
• 申請日: 2015-02-06
• 公開（公告）號: CN104659345B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 李忠濤;鄧深圳;吳桂良;吳文婷;吳明鉑
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(華東)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M10/052
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及復合材料的制備，特別涉及一種用于鋰電池的復合材料及由其制備的紐扣電池。

背景技術

鋰離子電池因具有工作電壓高、能量密度大、循環壽命長和對環境無污染等優點，被廣泛應用于移動通訊設備、手提電子設備和電動/混合動力汽車中。較傳統的石墨基負極材料，過渡金屬氧化物具有較高的理論比容量和良好的電化學反應活性而倍受青睞，特別是SnO₂負極材料(理論容量782mAhg^-1)。然而，在充放電過程中伴隨著鋰離子嵌入/脫出，SnO₂發生較大的體積膨脹(約300％)易使電極破壞而導致容量迅速衰減。在SnO₂中添加或者包覆緩沖材料(如碳材料或其他導電材料)是有效解決上述缺陷的重要手段。

葡萄糖、蔗糖以及其他一些水溶性分子由于其化學相容性較好，被廣泛用于SnO₂包覆層炭的前驅體，所制備的復合材料電化學性能也有了明顯提高。一般來說，這類材料的電化學性能受到如下兩種因素制約：1.SnO₂納米顆粒的粒徑和分布的均勻程度；2.包覆層的導電性和結構穩定性。由于此類分子制備的包覆層碳共軛程度較低，對形成SnO₂納米顆粒的分散作用有限，限制了復合材料性能的進一步提高。因此，尋求一種使SnO₂納米顆粒納米級均勻分散又同時保證良好導電性的材料制備方法顯得尤為重要。

石墨烯是由碳六元環組成的兩維(2D)周期蜂窩狀點陣結構，這種特殊的結構使石墨烯表現出許多優異性質，如良好的導電性、較高的比表面積(2600m²/g)等。石墨烯較大的比表面積及良好的導電性決定了其在鋰離子電池領域的巨大潛力。

與純石墨烯相比，N-摻雜石墨烯表現出更出色的性能，如摻雜氮原子將會填補氧化石墨共軛體系中的缺陷位，同時將石墨烯片層中的含氧官能團轉換為共軛規整度更高的C＝N鍵。一些氨基化合物含有活性較高的基團，在提高氧化石墨導電性的同時，也為氧化石墨烯與無機材料的復合提供更多的反應活性位。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的是提供一種用于鋰電池的復合材料及由其制備的紐扣電池。

一種用于鋰電池的復合材料，采用由雙氰胺作為修飾劑對氧化石墨進行氮摻雜的方法制備而成。

在上述方案的基礎上，在氮摻雜的過程中，加入脲類化合物和SnCl₂·2H₂O。

在上述方案的基礎上，所述脲類化合物為硫脲。

在上述方案的基礎上，所述氧化石墨在氮摻雜前先溶于蒸餾水中，再超聲分散(700W，2h)得到氧化石墨溶液。

在上述方案的基礎上，所述氧化石墨溶液的濃度為0.5-5mg·mL^-1。

在上述方案的基礎上，加入脲類化合物和SnCl₂·2H₂O后混合液在120-200℃條件下反應10h以上。

在上述方案的基礎上，反應產物在400-600℃煅燒1-5小時。

在上述方案的基礎上，煅燒是在氮氣氛圍下進行。

一種紐扣電池，由上述的復合材料組裝而成。具體的組裝方法為：按8∶1∶1的質量比稱取上述復合樣品(活性物質)、乙炔黑、聚偏氟乙烯(PVDF)(PVDF事先溶解在N-甲基吡咯烷酮中)，三者均勻混合形成漿料；將漿料均勻涂敷于銅箔上，120℃烘干后將極片壓實，剪成直徑為16mm的薄片制成極片。極片放入真空干燥箱中120℃干燥12h后，以金屬鋰為對電極，在充滿氬氣的手套箱中制作CR2032型紐扣電池，隔膜采用美國Celgard2400，電解液采用LiPF₆/EC∶DEC(1∶1體積比)。

本發明的有益效果是：

本發明采用一步水熱法可控制備高含氮量的SnO₂-S/N-GNs復合材料，將該復合材料用于鋰離子電池負極時表現出良好的電化學性能。SnO₂顆粒的納米級分散及其表面與氮摻雜石墨烯的交聯聚合。雙氰胺的引入不僅提高了氧化石墨的導電性，同時提供了更多的反應活性位與SnO₂納米晶反應，使SnO₂納米顆粒穩定的均勻分散于N-摻雜石墨烯片層中；硫脲的加入有利于控制SnO₂納米顆粒的平均粒徑，進一步提高材料的儲鋰能力。

附圖說明