[发明专利]一种锂离子电池导电材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域：

本发明涉及一种锂离子电池导电材料及其制备方法和用途，即将该锂离子电池导电材料用于电极制备。

背景技术：

锂离子电池是一种新型的储能器件，具有能量密度高，平均输出电压高，自放电小，输出功率大，可快速充放电，工作温度范围宽，环境友好，长的使用寿命等特点。由于以上诸多优势，自1992年索尼公司商业化应用以来，得到世界各国科研机构和政府的关注，并被广泛应用于笔记本电脑、移动电话、数码相机等便携式电子产品中，此外，军事、航空航天、电动交通工具等领域所应用的锂离子电池也处在研制开发过程中。

锂离子电池充放电反应过程中，伴随着锂离子的传输和电子的转移，这就要求一方面电极具有良好的导电性和较大的纵横比，保证良好的导电网络的形成，从而具有较低的电阻率，另一方面，与活性物质，集流体具有良好的界面接触，保证在循环过程中导电结构的完整性和连续性。具备以上两方面特征的导电添加剂才能保证电极活性物质具有较高的利用率和良好的循环稳定性。

石墨、乙炔黑等传统导电剂具有导电性良好、密度低、化学稳定性良好等特性，常被用作锂离子电池电极材料的导电剂，当充放电倍率或电流密度较低，循环次数较少的时候，它们可以发挥良好的导电作用，但当大功率充放电时，导电剂易发生极化，产生脱落剥离等现象，使得活性物质颗粒间出现空隙，导电网络结构被破坏。碳纳米管、纳米碳纤维等新型导电添加剂在使用中容易发生团聚成束现象，分散性不能得到很好的解决，使得其使用量提高。以上缺陷容易导致电极活性物质的利用率以及循环稳定性下降。为了进一步提高锂离子电池的性能，有必要开发新型的导电添加剂解决循环稳定，导电结构完整等问题(Kuroda，S.；Tobori，N.；Sakuraba，M.；Sato，Y.J.Power Sources 2003，119-121，924.)。

石墨烯是具有特殊二维单原子层晶体结构特征的新型炭纳米材料，具有特殊的力、电、光、热特性，理论计算及实验表明其室温下具有超高电子迁移率(20000cm²/(V·s))，量子霍尔效应，小的自选轨道交互作用，理论比表面积高达2600m²/g，还具有高热导率(5000W/(m·K))和出色的力学性能(高模量1100GPa，高强度125GPa)(Park，S.；Ruoff，R.S.NatureNanotechnology 2009，4，217)。石墨烯的sp²结构组成及表面存在的共轭π键，保证了电子的弹道输运，与上述四种导电剂材料相比，使得石墨烯具有良好的导电性能。此外和前述导电剂与活性材料形成点接触或线接触相比，面接触具有较小的接触阻抗，有利于电极导电性的提高。与其他导电剂相比具有明显的优势。

常用的石墨烯制备方法包括微机械剥离法(Novoselov，K.S.；Geim，A.K.；Morozov，S.V.；Jiang，D.；Y.Zhang，Dubonos，S.V.；Grigorieva，I.V.；Firsov，A.A.Science 2004，306，66.)，有机合成法(Zhi，L.；Müllen，K.Journal ofMaterials Chemistry.2008，18，1472.)，气相沉积法(Eizenberg，M.；Blakely，J.M.Surface Science 1970，82，228)，溶剂热法(Nethravathi，C.；Rajamathi，M.Carbon 2008，46，1994)，氧化石墨还原法(Stankovich，S.et al.Carbon 2007，45，1558.)。以上制备方法中，微机械剥离与有机合成法可以得到纯度较高的薄层石墨烯，但产率较低；气相沉积法需要较高温度，能耗较高；溶剂热法使用甲醇，碱金属作为反应物，反应过程安全性较差。氧化法产率高但反应副产物较多。

目前尚没有使用石墨烯作为导电材料构建锂离子电池负极材料的文献报道。因此，对于研究开发新型锂离子电池电极材料具有很高的实际应用价值。

发明内容：

本发明的目的是提供一种具有高纵横比和高导电率的锂离子电池导电材料及其制备方法和用途。

本发明一种锂离子电池导电材料，其特征在于：所述锂离子电池导电材料是呈黑色粉末状的石墨烯纳米片，厚度为1-10nm，面积为1～5μm²，振实密度为0.67～0.78g/cm³，室温电导率为950-1200S/cm。