[發明專利]一種鋰離子電池負極材料的制備及其應用

有效

• 申請號: 202010962431.1
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112151778B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 關寶樹;藺長銀;任澤軍;李軍
• 申請（專利權）人: 吉林中溢炭素科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 成都魚爪智云知識產權代理有限公司 51308
• 代理人: 王珍

本發明提出一種三維石墨烯復合材料的制備工藝及其應用，具體的，將水熱法制備的石墨烯水凝膠置于電解槽中，在電泳的過程中，離子定向移動進入石墨烯水凝膠內部，由于水熱后得到的石墨烯水凝膠本身帶有一定的含氧官能團，其可以作為活性點與鎳鹽形成鉚接，該方法使得三維石墨烯在水熱過程中不受鎳鹽的影響，更好的保持其網絡結構；此外，實驗過程中還可以通過調整鹽的濃度以及電泳時間來控制NiO的含量，簡單高效；三維石墨烯/NiO結構提高了NiO的導電性，緩沖了NiO在充放電過程中的體積效應，此外，網絡狀電極的結構也有利于提高電解液浸潤性，從而提高電池電化學性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池的負極材料。

背景技術

能源危機是當前人類社會面臨的最重要問題之一，新型清潔能源的收集、存儲和搬運備受全社會關注。鋰離子電池作為電能轉化和儲存的重要媒介，具有能量密度高、循環穩定性好、工作電位窗口寬、安全性高、環境友好等優點，廣泛應用于便攜式電子產品、大規模儲能和電動汽車等領域。隨著新能源汽車的快速發展，續航里程的提高對電池的能量密度提出了更高的要求。

為了提高鋰離子電池的能量密度和功率密度，目前開發了各種不同高容量負極材料，如過渡金屬氧化物、硅基材料和錫基材料等，但這些材料在充/放電過程中體積變化大，導致電池的循環性能急劇下降。與上述負極材料相比，新型碳材料石墨烯由于其優異的導電性、超高的比表面積和穩定的機械強度等優點，而被認為是理想的鋰離子電池負極材料。但是未經改性的石墨烯負極材料在充/放電過程中沒有穩定的放電電壓平臺，有電壓滯后現象，很容易發生團聚和層疊，產生不溶于電解液的鈍化膜，導致石墨烯的比表面積利用率降低，儲鋰的活性位點以及可逆容量減少，也是不可避免的缺陷。三維石墨烯克服了二維石墨烯易堆棧、普通三維石墨烯穩定性差的缺陷，并且在能源存儲方面亦顯示出了優異的潛能，但是將石墨烯單獨作為負極材料的效果也并不盡如人意。將石墨烯與其他負極材料復合使用是目前比較實際的選擇。目前三維石墨烯與其他復合材料(如金屬氧化物)復合的方法主要為兩大類：(1)直接將金屬氧化物前驅體與GO水熱，然而，水熱過程復雜，二者同步水熱使得水熱過程受到前驅體的影響，復合孔徑結構無法得到有效調控；(2)將制備得到的三維氧化石墨烯浸潤于金屬氧化物前驅體中，但是，該方法的缺點在于，前驅體溶液無法有效的浸潤到石墨烯內部。氧化鎳(NiO)具有理論容量高(718mAh·g-1)、原料來源豐富和合成材料成本低的優點。與其他過渡金屬氧化物類似，氧化鎳的導電性和穩定性差，充放電過程中體積變化較大，導致材料的電化學性能變差、容量衰減快。

發明內容

為解決以上問題，本申請提出一種鋰離子電池負極三維石墨烯復合材料的制備方法，其制備步驟如下：將氧化石墨烯分散于水溶液中，水熱得到石墨烯水凝膠；將石墨烯水凝膠置于裝有Ni鹽的電解槽中，接通電源開始電泳一定的時間，取出；將水凝膠冷凍干燥12h，在300-400惰性氣氛下煅燒1-3h，得到三維石墨烯/NiO復合材料。

優選的，惰性氣氛為氮氣、氬氣、氦氣、氖氣中的任意一種或幾種的混合；

優選的，鎳鹽選自硝酸鎳、硫酸鎳、醋酸鎳或氯化鎳；

優選的，所述的水熱反應時間為12～20h；

優選的，燒結的升溫速率在1～2℃/min；

優選的，電泳時間為10-20min；

優選的，鎳鹽濃度為0.1-0.3mol/L；

本發明內容還包括所述的三維石墨烯/NiO復合物在制備鋰離子電池中的應用。