[发明专利]一种石墨烯包覆石墨/金属复合粉体负极材料及制备方法

说明书

本发明公开一种石墨烯包覆石墨/金属复合粉体负极材料及制备方法，其中，所述方法包括：先通过金属对氧化改性石墨材料进行掺杂得到石墨/金属复合粉体，然后将热氧化的聚丙烯腈低聚物固体与石墨/金属复合粉体混合均匀，之后经过烘烤、煅烧处理，最后得到石墨烯包覆石墨/金属复合粉体负极材料。通过本发明方法制得的石墨烯包覆石墨/金属复合粉体负极材料不仅具有较好的电化学性能，且其制备较为方便、环保无污染、成本低廉，且有效提高了石墨作为锂离子电池负极材料的循环性能、电池容量和库伦效率，因此可用于锂离子电池负极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种石墨烯包覆石墨/金属复合粉体负极材料及制备方法。

背景技术

石墨烯自从2004年被英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆（AndreGeim）和克斯特亚·诺沃消洛夫（Konstantin Novoselov）发现，其是一种新型二维平面纳米材料，其特殊的单原子层结构决定了它具有丰富而新奇的物理性质。这几年中，石墨烯的制备及其应用已经成为了国际上备受瞩目的研究热点。

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化方式形成的连接的单原子层蜂窝状平面薄膜，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，其理论厚度仅为0.35 nm，是目前所发现的最薄的二维材料。石墨烯是构成其它石墨材料的基本单元，可以翘曲变化为零维的富勒烯，卷曲形成一维的CNTs（碳纳米管）或者堆垛成三维的石墨。这种特殊结构蕴含了丰富而奇特的物理现象，使石墨烯表现出许多优异的物理化学性质，如石墨烯的抗拉强度和弹性模量分别为125 GPa和1.1 TPa，其杨氏模量约为42 N/m²，石墨烯是目前已知强度最大的材料，是普通钢的100多倍；石墨烯的载流子迁移率达1.5x10⁴ cm²·V^-1·S^-1，是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的2倍，超过商用硅片迁移率10倍，在特定条件下（如低温骤冷等），其迁移率甚至可高达2.5x10⁵ cm²·V^-1·S^-1 ；石墨烯的热导率可达5x10³ W·m^-1·K^-1，是金刚石的3倍。近年来，由于石墨烯具有许多优异特性引起社会的普遍关注和学术界的研究热潮。

锂离子电池是新一代的绿色高能电池，具有重量轻、体积比能量高、工作电压高、无环境污染等优点，是现代通讯、IT和便携式电子产品(如移动电话、笔记本电脑、摄像机等)的理想化学电源，也是电动汽车优选的动力电源，具有广阔的应用前景和巨大的经济效益。

负极材料是锂离子电池的关键材料之一，而碳质材料是人们最早开始研究并应用于锂离子电池负极的材料，至今仍受到广泛关注。碳负极材料主要具有以下优点：比容量较高（300-400 mAh/g），首次库伦效率较石墨负极高（＞85%），电极电位低（1.0 V vs. Li⁺/Li），循环效率高（＞98%），循环寿命长，成本较低。但碳负极材料大倍率充放电性能较差，容量保持能力差，其主要原因是与电极材料的结构、颗粒大小、电极导电性和电极表面SEI膜的稳定性等因素有关。

研究表明，在石墨负极中掺杂某些金属或是在石墨颗粒表面上沉积金属可以提高材料的导电性，减少电池内阻，提高负极材料的大电流充放电性能及循环性能。如在石墨中掺杂或沉积Ag、Cu、Sn、Ni等金属及氧化物合金可以提高石墨负极材料的导电性，减小电池内阻，从而达到改善锂离子电池的大电流性能。