[发明专利]石墨烯基复合导电剂，其制备方法及其在锂离子电池中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯基复合导电剂，其制备方法及其在锂离子电池中的应用。

背景技术

相对于镍氢、镍镉等二次电池，锂离子电池具有比容量大、放电电压高而平稳、低温性能好、环境友好、安全、寿命长以及自放电小等无可比拟的优势。然而，锂离子电池的正极活性材料一般为过渡金属氧化物，如：LiCoO₂、LiNiO₂、LiNi_xCo_(1-x)O₂和尖晶石LiMn₂O₄等，以及过渡金属的磷酸盐LiMPO₄。这些过渡金属氧化物一般是半导体或是绝缘体，电导率普遍较低，造成在较大电流条件下放电时容量往往难以完全发挥，严重限制了锂离子的功率性能。目前主要的解决方案是在电池制备过程中加入大量的具有较高电子电导率的碳材料作为导电剂使用，以期通过在电极内部构建快速电子传导的网络来提高锂离子电池在高功率工作条件下的性能。

另外，目前的锂离子电池多采用碳材料作为负极活性材料。因此，负极活性材料相对于正极活性材料而言，有较好的导电性，原则上不用加入导电剂来增加电极材料的导电性。但是由于碳材料在嵌入、脱出锂过程中，会发生体积膨胀和收缩，几个循环后，碳材料之间的接触会减少，或出现空隙，导致电极的导电性急剧下降，因此也需要适当加入导电剂。

目前常用的导电剂有：（1）颗粒状（零维）导电剂，如：碳黑等；（2）纤维状（一维）导电剂，如：金属纤维、气相生长碳纤维（VGCF）、碳纳米管等；以及（3）片状（二维）导电剂，如石墨烯等。

然而，上述常用的导电剂在使用过程中存在容易团聚、导电效率不高，导电剂添加量过多等问题，从而降低锂离子电池的比能量和比功率，严重时还会引起锂离子电池内部的不可逆副反应，降低电池的循环使用寿命，甚至带来安全隐患。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种用于锂离子电池的导电剂，该导电剂在使用过程中不容易团聚、导电效率高，且能保持锂离子电池较高的比能量和比功率。

一种石墨烯基复合导电剂的制备方法，其包括以下步骤：

配置一氧化石墨烯、颗粒状碳材料与表面活性剂的混合溶液；

将上述混合溶液进行溶剂热处理，所述表面活性剂发生炭化，将所述氧化石墨烯与颗粒状碳材料结合以获得一石墨烯基复合前驱体；

将所述石墨烯基复合前驱体进行过滤并干燥；

将所述石墨烯基复合前驱体进行热处理，去除所述石墨烯基复合前驱体中的非碳杂原子，以获得一石墨烯基复合导电剂；以及

将所述石墨烯基复合导电剂进行弱氧化处理。

一种石墨烯基复合导电剂，该石墨烯基复合导电剂为由石墨烯和颗粒状碳材料组成的复合材料，该复合材料包括至少一石墨烯片以及多个分布于该石墨烯片上的颗粒状碳材料，所述石墨烯片与颗粒状碳材料之间通过化学键结合，所述石墨烯片边缘处的碳原子上具有多个含氧官能团。

一种锂离子电池，其包括一正极片、一负极片、一隔膜及电解液，所述正极片包括一正极集流体以及设置于该正极集流体上的正极活性材料，所述负极片包括一负极集流体以及设置于该负极集流体上的负极活性材料，其中，所述正极活性材料或/和负极活性材料中进一步包括一石墨烯基复合导电剂，所述石墨烯基复合导电剂为由石墨烯和颗粒状碳材料组成的复合材料，该复合材料包括至少一石墨烯片以及多个分布于该石墨烯片上的颗粒状碳材料，所述石墨烯片与颗粒状碳材料之间通过化学键结合，所述石墨烯片边缘处的碳原子上具有多个含氧官能团。

与现有技术相比，本发明所提供石墨烯基复合导电剂的制备方法，可获得通过化学结合的复合导电剂，其制备方法简单，易于实现产业化生产。本发明所提供的石墨烯基复合导电剂，将二维的石墨烯片层与零维的碳材料颗粒通过化学键结合在一起，不仅能够良好地分散石墨烯片层与碳材料颗粒，而且能够为锂离子电池电极构建更为有效的导电网络。同时，石墨烯片层边缘处的碳原子上含氧官能团的存在可以进一步改善在电池制备过程中该石墨烯基复合导电剂的分散性能和与电解液的润湿性能。采用该复合导电剂的锂离子电池，相对于采用单一导电剂的锂离子电池，具有更高的电化学性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的石墨烯基复合导电剂的制备方法的流程图。

图2为本发明实施例提供的石墨烯基复合导电剂的扫描电镜照片图。

图3为本发明实施例提供的石墨烯基复合导电剂的拉曼光谱图。