CN101604750A - 一种锂离子电池负极材料的制备方法 - Google Patents

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马紫峰
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池负极材料的制备方法，采用硝酸钠、高锰酸钾和浓硫酸对鳞片石墨进行氧化、超声分散、真空抽滤、自然风干的方法得到一种锂离子电池负极材料，即石墨烯薄膜，其面积在0.1－100平方厘米，厚度在0.1－100微米。本发明的负极材料具有高的电导率，且具有反应面积大、充放电时自由膨胀空间大、适应大充放电速率各种环境等优点，可使电池具有高循环性能，高电池比容量和快速充放电能力，以100mA·g－1的电流充放电时可逆比容量可以稳定在300mAh·g－1以上。本发明一种锂离子电池负极材料的制备过程中不使用粘结剂、导电剂和金属集流体，使生产流程大大简化，成本降低，适合进行工业化生产。

Description

一种锂离子电池负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种电池电极材料的制备方法，特别是一种锂离子电池负极材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池的内部结构通常分为四部分：正极、负极、隔膜和电解质。其中负极由集流体和活性材料层组成；集流体一般用铜箔，活性材料层包括活性物质、导电剂和粘结剂。
CN101159324公开了一种制备锂离子电池负极的传统方法：将活性物质、导电剂和粘结剂以一定的比例调制成浆料，涂布到集流体上，烘干后得到锂离子电池负极。
目前，商用锂离子电池负极材料以石墨化碳材料为主。除天然石墨外，被用于锂离子电池负极材料的还有中间相炭微球(CN1554579)、热解硬碳材料(CN101383408)、碳纳米管(CN101409337)、氧化物(CN1901256)和新型合金(CN1442916)，共同的问题是容量和循环寿命待提高。
石墨烯是将石墨化学改性后得到的一种新型纳米炭材料，以其优良的导电性和化学稳定性、较大的比表面积、较宽的电化学窗口等特点，被认为是一种很有潜力的锂离子电池负极材料。
Carbon 2009，47，2049-2053公开了一种石墨烯作为锂离子电池负极材料及其制备方法，以1C的倍率进行充放电，100次循环后放电容量保持在460mAhg-1。这种负极材料的原料廉价、制备工艺简单，因此在商业应用上有较强的可行性。
至此，人们主要是通过改进负极材料来提高其充放电性能，并没有考虑电极制备方法的问题，仍采用上文所述的传统方法制备锂离子电池负极。因此，有必要通过改进锂离子电池负极的制备方法来提高负极的充放电性能。
发明内容
本发明目的在于提供一种锂离子电池负极材料的制备方法。
本发明一种锂离子电池负极材料的组成如下：
为一种无支撑式负极，即石墨烯薄膜，其面积为0.1-100平方厘米，厚度为0.1-100微米。
本发明一种锂离子电池负极材料的具体制备方法如下，以下均以质量份表示：
将1份鳞片石墨、0.8-1份硝酸钠和4-6份高锰酸钾加入到20-40份浓硫酸中，搅拌反应100-120小时，过滤洗涤后置于20-40份水溶液中，以20-60KHz的频率和200-500W的功率超声分散0.5-2小时，加入0.1-0.2份还原剂，常温下搅拌12-24小时，在10.0-80.0kPa的真空度下进行真空抽滤、自然风干，得到一种锂离子电池负极材料。
本发明使用的鳞片石墨的粒径为10-250微米。
本发明使用的浓硫酸的质量分数为80-98％。
本发明使用的还原剂为水合肼、硼氢化钠、抗坏血酸、甲醛、聚合醇或连二亚硫酸钠。
本发明一种锂离子电池负极材料的制备过程中先采用硝酸钠、高锰酸钾和浓硫酸等三种强氧化剂对鳞片石墨进行氧化，这些氧化剂中的含氧小分子会进入到石墨的片层中，不仅减小了石墨片层之间的吸附力，而且在石墨中加入了含氧官能团，使得石墨在超声分散后得到含单层石墨片的石墨烯，这种物质具有亲水性，所以可以形成稳定的石墨烯水溶液，在真空抽滤时这种特殊的材料会在水平方向产生作用力，从而得到石墨烯薄膜。
本发明一种锂离子电池负极材料是一种无支撑式负极，即石墨烯薄膜。石墨烯是一种新型的二维纳米材料，厚度在1-20纳米，且具有很高的电子导电率，其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。石墨烯薄膜保持了石墨烯的优势，即具有高的电导率，且具有反应面积大，可增加与电解液的接触面积，充放电时自由膨胀空间大、适应大充放电速率各种环境等优点，可使电池具有高循环性能，高电池比容量和快速充放电能力。这种锂离子电池负极材料的制备过程中不使用粘结剂、导电剂和金属集流体，使生产流程大大简化，成本降低。
本发明一种锂离子电池负极材料与金属锂片组装成锂离子电池，以100mA·g-1的电流充放电，50次充放电后可逆比容量达到300mAh·g-1以上，且表现出稳定的循环性能。本方法简单易行，可实现清洁的工业化生产。
附图说明
图1是实例1所制备的锂离子电池负极材料的数码照片。
图2是实例1所制备的锂离子电池负极材料的扫描电镜图。
图3是实例1所制备的锂离子电池负极材料的放电曲线。
具体实施方式
实施例1：
将0.5克平均粒径为30微米的鳞片石墨、0.4克硝酸钠和2.5克高锰酸钾加入到20克质量分数为98％的浓硫酸中，搅拌120小时，过滤洗涤后置于置于20克水溶液中，以40KHz的频率和200W的功率超声分散2小时，加入0.1克水合肼，常温下搅拌12小时，在20.0KPa的真空度下进行真空抽滤、自然风干，得到一种锂离子电池负极材料。
图1是实例1所制备的锂离子电池负极材料的数码照片。由图1可见，实施例1中得到的石墨烯薄膜面积为1平方厘米。
图2是实例1所制备的锂离子电池负极材料的扫描电镜图。由图2可见石墨烯薄膜的厚度分布在3微米左右。
在充满氩气的手套箱中，以石墨烯薄膜为负极，金属锂片为正极，Celgard 2700为隔膜，1mol·L-1的LiPF6/EC(碳酸乙烯酯)+DMC(碳酸二甲酯)为电解液(EC、DMC体积比为1∶1)，装配成纽扣电池。
在0.005-3V电压范围内，在室温下以100mA·g-1的电流对电池进行充放电循环测试。图3为该电池充放电曲线。由图可见，本发明制得的石墨烯薄膜50次循环后可逆比容量达到300mAh·g-1以上。
实施例2：
将1.0克平均粒径为30微米的鳞片石墨、0.8克硝酸钠和5.0克高锰酸钾加入到40克质量分数为98％的浓硫酸中，搅拌120小时，过滤洗涤后置于置于40克水溶液中，以40KHz的频率和200W的功率超声分散2小时，加入0.2克水合肼，常温下搅拌12小时，在20.0KPa的真空度下进行真空抽滤、自然风干，得到一种锂离子电池负极材料。所得石墨烯薄膜面积为1平方厘米，厚度为6微米左右，以100mA·g-1的电流进行充放电测试的可逆比容量为250mAh·g-1。
实施例3：
将5.0克平均粒径为30微米的鳞片石墨、4.0克硝酸钠和25克高锰酸钾加入到200克质量分数为98％的浓硫酸中，搅拌100小时，过滤洗涤后置于置于200克水溶液中，以40KHz的频率和200W的功率超声分散2小时，加入1克水合肼，常温下搅拌12小时，在20.0KPa的真空度下进行真空抽滤、自然风干，得到一种锂离子电池负极材料。所得石墨烯薄膜面积为4平方厘米，厚度为6微米左右，以100mA·g-1的电流进行充放电测试的可逆比容量为200mAh·g-1。

Claims (4)

1.一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于制备方法如下，以下均以质量份表示：
将1份鳞片石墨、0.8-1份硝酸钠和4-6份高锰酸钾加入到20-40份浓硫酸中，搅拌100-120小时，过滤洗涤后置于20-40份水溶液中，以20-60KHz的频率和200-500W的功率超声分散0.5-2小时，加入0.1-0.2份还原剂，常温下搅拌12-24小时，在10.0-80.0kPa的真空度下进行真空抽滤、自然风干，得到一种锂离子电池负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征是鳞片石墨的粒径为10-250微米。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征是浓硫酸的质量分数为80-98％。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征是还原剂为水合肼、硼氢化钠、抗坏血酸、甲醛、聚合醇或连二亚硫酸钠。
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102070142A (zh) * 2010-12-14 2011-05-25 四川大学 一种利用化学氧化还原制备石墨烯的方法
CN102142552A (zh) * 2010-01-28 2011-08-03 三星Sdi株式会社 负极活性材料及包括该负极活性材料的锂电池
CN102403050A (zh) * 2010-09-08 2012-04-04 中国科学院金属研究所 基于纳米复合材料及其制备方法和在柔性储能器件的应用
CN102491310A (zh) * 2011-11-18 2012-06-13 武汉理工大学 一种细鳞片无硫可膨胀石墨的制备方法
CN102581297A (zh) * 2012-02-06 2012-07-18 上海交通大学 基于氧化石墨烯的可控性绿色合成金属纳米材料的方法
CN102646821A (zh) * 2012-05-08 2012-08-22 电子科技大学 一种锂离子电池负极材料的制备方法
CN102976314A (zh) * 2012-11-29 2013-03-20 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 新颖的二氧化钛-石墨烯纳米复合材料及其制法和应用
CN103647081A (zh) * 2013-11-15 2014-03-19 成都兴能新材料有限公司 抗坏血酸改性石墨的制备方法
CN106784835A (zh) * 2017-02-23 2017-05-31 南阳师范学院 一种锂离子电池碳负极材料的制备方法
CN106832758A (zh) * 2017-03-06 2017-06-13 东北大学秦皇岛分校 一种石墨烯/酚醛树脂导热复合材料及其制备方法
EP3326968A1 (en) 2012-04-05 2018-05-30 Imerys Graphite & Carbon Switzerland Ltd. Surface-modified low surface area graphite, cvd proces for making it, and applications of the same
CN108539170A (zh) * 2018-04-16 2018-09-14 江西师范大学 锂离子电池纳米片负极材料的形成方法

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102142552A (zh) * 2010-01-28 2011-08-03 三星Sdi株式会社 负极活性材料及包括该负极活性材料的锂电池
CN102142552B (zh) * 2010-01-28 2014-12-24 三星Sdi株式会社 负极活性材料及包括该负极活性材料的锂电池
CN102403050B (zh) * 2010-09-08 2013-12-18 中国科学院金属研究所 基于纳米复合材料及其制备方法和在柔性储能器件的应用
CN102403050A (zh) * 2010-09-08 2012-04-04 中国科学院金属研究所 基于纳米复合材料及其制备方法和在柔性储能器件的应用
CN102070142A (zh) * 2010-12-14 2011-05-25 四川大学 一种利用化学氧化还原制备石墨烯的方法
CN102491310A (zh) * 2011-11-18 2012-06-13 武汉理工大学 一种细鳞片无硫可膨胀石墨的制备方法
CN102581297A (zh) * 2012-02-06 2012-07-18 上海交通大学 基于氧化石墨烯的可控性绿色合成金属纳米材料的方法
EP3326968A1 (en) 2012-04-05 2018-05-30 Imerys Graphite & Carbon Switzerland Ltd. Surface-modified low surface area graphite, cvd proces for making it, and applications of the same
US10305107B2 (en) 2012-04-05 2019-05-28 Imerys Graphite & Carbon Switzerland Ltd. Surface-modified low surface area graphite, processes for making it, and applications of the same
CN102646821B (zh) * 2012-05-08 2014-05-21 电子科技大学 一种锂离子电池负极材料的制备方法
CN102646821A (zh) * 2012-05-08 2012-08-22 电子科技大学 一种锂离子电池负极材料的制备方法
CN102976314A (zh) * 2012-11-29 2013-03-20 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 新颖的二氧化钛-石墨烯纳米复合材料及其制法和应用
CN102976314B (zh) * 2012-11-29 2015-05-13 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 新颖的二氧化钛-石墨烯纳米复合材料及其制法和应用
CN103647081A (zh) * 2013-11-15 2014-03-19 成都兴能新材料有限公司 抗坏血酸改性石墨的制备方法
CN103647081B (zh) * 2013-11-15 2016-03-02 成都兴能新材料有限公司 抗坏血酸改性石墨的制备方法
CN106784835A (zh) * 2017-02-23 2017-05-31 南阳师范学院 一种锂离子电池碳负极材料的制备方法
CN106832758A (zh) * 2017-03-06 2017-06-13 东北大学秦皇岛分校 一种石墨烯/酚醛树脂导热复合材料及其制备方法
CN106832758B (zh) * 2017-03-06 2019-04-12 东北大学秦皇岛分校 一种石墨烯/酚醛树脂导热复合材料及其制备方法
CN108539170A (zh) * 2018-04-16 2018-09-14 江西师范大学 锂离子电池纳米片负极材料的形成方法
CN108539170B (zh) * 2018-04-16 2020-05-19 江西师范大学 锂离子电池纳米片负极材料的形成方法

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