高功率型锂离子电池负极材料及其制备方法和负极片.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102623685A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102623685A(43)申请公布日2012.08.01(21)申请号201210114431.1(22)申请日2012.04.18(71)申请人清华大学深圳研究生院地址518055广东省深圳市南山区西丽大学城清华校区(72)发明人杨全红陈学成魏伟李宝华苏方远吕伟贺艳兵康飞宇(74)专利代理机构深圳新创友知识产权代理有限公司44223代理人江耀纯(51)Int.Cl.H01M4/38(2006.01)H01M4/133(2010.01)权利要求书权利要求书2页2页说明书说明书55页页附图附图11页(54)发明名称高功率型锂离子电池负极材料及其制备方法和负极片(57)摘要本发明公开了一种高功率型锂离子电池碳负极材料及其制备方法和锂离子电池负极片，所述高功率型锂离子电池碳负极材料包括堆叠在一起的石墨烯片层，且相邻的石墨烯片层之间具有结构稳定的孔道结构。该材料的制备过程包括，向氧化石墨烯或石墨烯溶液中，加入一定质量的有机碳源或固体颗粒，将混合均匀后干燥得到的初产物置于气氛为惰性气氛的炉中热处理。本发明优点在于，该材料具有良好的电子导电性，同时孔道结构可提供更多的活性表面，并为锂离子的高速传输提供通道。在0.5，1,2和5A/g的充放电流密度下循环1000圈容量分别可以稳定在500，400，350和250mAh/g以上，库伦效率接近100%，且该材料制备工艺简单，易于工业化生产。CN1026385ACN102623685A权利要求书1/2页1.一种高功率型锂离子电池碳负极材料，其特征在于，包括堆叠在一起的石墨烯片层，且相邻的石墨烯片层之间具有结构稳定的孔道结构。2.根据权利要求1所述的高功率型锂离子电池碳负极材料，其特征在于，所述石墨烯片层的厚度为0.35~50nm。3.根据权利要求1所述的高功率型锂离子电池碳负极材料，其特征在于，所述孔道结构的孔道宽度集中分布在1~200nm之间，最大处不超过2μm，孔道在长度方向上延伸至石墨烯片层的边缘。4.根据权利要求1、2或3所述的高功率型锂离子电池碳负极材料，其特征在于，所述孔道结构由有机碳源碳化形成的骨架支撑而形成，所述有机碳源碳化后的质量与石墨烯的质量比在1：（1-2000）之间。5.根据权利要求4所述的高功率型锂离子电池碳负极材料，其特征在于，所述有机碳源为葡萄糖、蔗糖、果糖、麦芽糖、壳聚糖、半乳糖、乳糖、糊精、纤维素、淀粉、乙二酸、水杨酸、柠檬酸、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯烷氧基树脂或尿素中的一种或任意两种或两种以上组成的混合物。6.根据权利要求1、2或3所述的高功率型锂离子电池碳负极材料，其特征在于，所述孔道结构通过在制备过程中添加固体颗粒，产生由固体颗粒支撑而成的孔道，然后去除所述固体颗粒而形成。7.根据权利要求6所述的高功率型锂离子电池碳负极材料，其特征在于，所述的固体颗粒为氟化铵、氯化铵、溴化铵、碘化铵、碳酸氢铵、硝酸铵、醋酸铵、草酸铵、酒石酸铵或硫氰酸铵中的一种或任意两种或两种以上组成的混合物。8.一种制备权利要求1所述的高功率型锂离子电池碳负极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）混合液制备：制备氧化石墨烯或石墨烯与所述有机碳源或固体颗粒的混合溶液，混合溶液中有机碳源或固体颗粒的质量是氧化石墨烯或石墨烯质量的0.01~2倍；2）干燥：将所述混合液中的溶剂蒸干，然后进行干燥，得到第一产物；3）研磨：将所述第一产物进行研磨得到初产物；4）将所述初产物置于气氛为惰性气氛中，以1~50℃/min的升温速度升至温度为700~1500℃，恒温2~10h后，冷却至室温，制得高功率型锂离子电池碳负极材料。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤1）包括：向0.1-20mg/mL氧化石墨烯或石墨烯分散溶液中，加入质量分数为氧化石墨烯或石墨烯质量的0.01~2的所述有机碳源或固体颗粒，利用40-500W的功率超声或机械搅拌0.5-10小时混合均匀得到所述混合溶液。10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤1）包括：在所述有机碳源或固体颗粒的溶液中加入固态氧化石墨烯或石墨烯，并搅拌使其溶解，得到所述混合溶液。11.一种锂离子电池的负极极片，包括集流体、附着在集流体上的负极活性物质、导电剂和粘结剂，其特征在于：所述负极活性物质为权利要求1~7任意一项所述的高功率型锂离子电池碳负极材料。12.根据权利要求11所述的负极极片，其特征在于：所述导电剂为导电碳或者导电炭2CN102623685A权利要求书2/2页黑，粘结剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶或者羧甲基纤维素钠；负极活性物质：导电剂：粘结剂为85-95