CN103840134A - 一种基于石墨烯-石墨球复合材料的锂电池电极片的制备方法 - Google Patents
一种基于石墨烯-石墨球复合材料的锂电池电极片的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103840134A CN103840134A CN201210512229.4A CN201210512229A CN103840134A CN 103840134 A CN103840134 A CN 103840134A CN 201210512229 A CN201210512229 A CN 201210512229A CN 103840134 A CN103840134 A CN 103840134A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- graphite nodule
- composite material
- lithium battery
- graphite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0402—Methods of deposition of the material
- H01M4/0421—Methods of deposition of the material involving vapour deposition
- H01M4/0428—Chemical vapour deposition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0402—Methods of deposition of the material
- H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
本发明适用于化学合成技术领域,提供了一种基于石墨烯-石墨球复合材料的锂电池电极片的制备方法,通过用立体式化学气相沉积的方法,在高温下通过多孔催化金属裂解碳氢气体,得到气相的碳自由基,所述碳自由基沉积到石墨球的石墨化表面,原位地在石墨球表面生长出石墨烯,从而制备出石墨烯-石墨球复合材料;将得到的石墨烯-石墨球复合材料与PVDF粘合剂混合,调成浆液后直接涂敷或旋转涂布至铜箔表面,再烘干、压实和剪切,得到锂电池电极片。本发明可以大量地制备基于石墨烯-石墨球复合材料的锂电池电极片,极大地提高锂电池负极材料的性能,解决目前锂动力电池能量密度和功率密度不足的问题。
Description
技术领域
本发明属于化学合成技术领域,尤其涉及一种基于石墨烯-石墨球复合材料的锂电池电极片的制备方法。
背景技术
目前,80%以上的锂电池采用天然石墨球或人工石墨球,石墨化碳材料仍然是锂电池负极材料的主流。但在锂储量以及电子导电性方面,目前使用的天然石墨球和人造石墨球都还有很大的提升空间。
石墨烯是一种单原子层二维材料,具有超大的比表面积(2630m2/g),良好的导电性和导热性,是很有潜力的储能材料。如果将单层石墨烯以杂乱无章的形式排列,那么石墨烯的两个表面都可以结合离锂子,理论储锂量将大于744mAh/g。除此之外,在锂电池应用方面,石墨烯材料还具有独特的优势。一方面,石墨烯具有优良的导电和导热特性,可以降低电极的电阻,并提高热稳定性;另一方面,石墨烯片层的尺度在微纳米量级,小于石墨粉或石墨球,大大缩短了锂离子在石墨烯片层之间的传输路径。理想情况下,石墨烯片层全部垂直于电极片,这样可以缩短锂离子在石墨烯片层之间的扩散距离,同时也加快了锂离子嵌入和脱出的速度。
石墨烯用于锂电池所测得不可逆容量和循环性能明显不足,几十次循环后,容量出现了较大程度的衰减。其原因是过大的比表面积,在初次充放电时,大量的锂离子在石墨烯表面沉积,形成活性的固态电解质界面层(SEI),从而造成这部分锂离子在后续充放电中的不可逆。此外,活性的SEI膜在后续的充放电过程中,会产生类似金属锂电极的枝晶锂问题,从而影响电池的安全性和循环性能。
石墨烯-石墨球复合材料,既具有石墨烯导电率高、储锂量大的优点,又结合了石墨球安全性高的长处,是制备锂电池负极的理想材料。目前制备石墨烯-石墨球复合材料,通常有三种路径:(1)将石墨球进行弱氧化插层,将表面部分的石墨氧化,还原后得到表面是石墨烯,内核是石墨球的结构。但该工艺难以控制弱氧化插层的程度,所制得样品的均一性较差。(2)在液相中将石墨球与石墨烯混合,然后滤干。但石墨烯在水及有机溶剂中都很难分散,与石墨球混合时,只有少量的石墨烯能包覆到石墨球中。(3)在液相中将石墨球与氧化石墨烯均匀混合,然后将氧化石墨烯还原。该方法解决了石墨烯难以分散的问题,但却带来氧化石墨烯还原不彻底的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于克服现有技术中存在的问题,提供一种适合低成本工业化大规模生产、高质量的基于石墨烯-石墨球复合材料的锂电池电极片的制备方法。
本发明实施例是这样实现的,一种基于石墨烯-石墨球复合材料的锂电池电极片的制备方法,通过用立体式化学气相沉积的方法,在高温下通过多孔催化金属裂解碳氢气体,得到气相的碳自由基,所述碳自由基沉积到石墨球的石墨化表面,原位地在石墨球表面生长出石墨烯,从而制备出石墨烯-石墨球复合材料,将得到的石墨烯-石墨球复合材料与PVDF粘合剂混合,调成浆液后直接涂敷或旋转涂布至铜箔表面,再烘干、压实和剪切,得到锂电池电极片。
在优选的实施例中,该方法进一步包括对石墨球表面处理,处理方法为在高温下用氢气处理人造石墨球原料,刻蚀石墨球表面无定形结构,得到石墨化结构的表面。
在优选的实施例中,所述多孔结构的催化金属为铜或镍。
在优选的实施例中,所述碳氢气体为甲烷。
在本发明的实施例中,有如下的技术效果:可以大量地制备石墨烯-石墨球 复合材料,极大地提高锂电池负极材料的性能,解决目前锂动力电池能量密度和功率密度不足的问题。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在本发明的实施例中,通过用立体式化学气相沉积的方法,在高温下通过多孔催化金属裂解碳氢气体,原位地在石墨球表面生长出高质量的石墨烯,从而制备出石墨烯-石墨球复合材料,然后将该石墨烯-石墨球复合材料制成锂电池电极片。
所述制备方法包括如下步骤:
1、在高温下用氢气处理人造石墨球原料,刻蚀石墨球表面无定形结构,得到石墨化结构的表面。
2、在高温下,使用多孔结构的催化金属裂解碳氢气体,得到气相的碳自由基,这些碳自由基沉积到石墨球的石墨化表面,原位地生长出高质量的石墨烯,从而制得石墨烯-石墨球复合材料。在本发明实施例中,所述多孔结构的催化金属可以为铜、镍。
3、将得到的石墨烯-石墨球复合材料与PVDF(聚偏氟乙烯)粘合剂混合,调成浆液后直接涂敷或旋转涂布至铜箔表面,再烘干、压实和剪切,得到锂电池电极片。
以下结合具体实施例来说明。
本实施例中石墨烯材料制备方法的实施流程如下:
用石英管式炉,在高温下用氢气处理人造石墨球原料,刻蚀石墨球表面无定形结构,得到石墨化结构的表面。然后通入碳氢气体,如甲烷,在多孔结构的催化金属下,裂解碳氢气体得到气相的碳自由基。这些碳自由基沉积到石墨 球的石墨化表面,原位地生长出高质量的石墨烯,制得石墨烯-石墨球复合材料。
将得到的石墨烯-石墨球复合材料与PVDF粘合剂混合,调成浆液后直接涂敷或旋转涂布至铜箔表面,再烘干、压实和剪切,得到锂电池电极片。
采用化学气相沉积技术,通过裂解碳氢气体,直接在石墨球表面原位地生长出石墨烯,所得到的石墨烯导电率高,对石墨球的包覆性好。
结合多孔结构的催化金属,实现立体式地原位生长。高温下催化金属将碳氢气体裂解成碳氢自由基和碳自由基团,这些自由基团在石墨球的石墨化表面沉积,形成石墨烯。这种立体式的结构,所得可以大量地制备石墨烯-石墨球复合材料。
在气相中直接制备得到固态的石墨烯-石墨球复合材料,避免了各种液相处理时污染和氧化过程,从而得到高导电率的石墨烯。而固态的石墨烯-石墨球复合材料,也有利于后续锂电极的制备。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于石墨烯-石墨球复合材料的锂电池电极片的制备方法,其特征在于,通过用立体式化学气相沉积的方法,在高温下通过多孔催化金属裂解碳氢气体,得到气相的碳自由基,所述碳自由基沉积到石墨球的石墨化表面,原位地在石墨球表面生长出石墨烯,从而制备出石墨烯-石墨球复合材料;
将得到的石墨烯-石墨球复合材料与PVDF粘合剂混合,调成浆液后直接涂敷或旋转涂布至铜箔表面,再烘干、压实和剪切,得到锂电池电极片。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,该方法进一步包括对石墨球表面处理,处理方法为在高温下用氢气处理人造石墨球原料,刻蚀石墨球表面无定形结构,得到石墨化结构的表面。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述多孔结构的催化金属为铜或镍。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述碳氢气体为甲烷。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210512229.4A CN103840134B (zh) | 2012-11-25 | 2012-11-25 | 一种基于石墨烯‑石墨球复合材料的锂电池电极片的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210512229.4A CN103840134B (zh) | 2012-11-25 | 2012-11-25 | 一种基于石墨烯‑石墨球复合材料的锂电池电极片的制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103840134A true CN103840134A (zh) | 2014-06-04 |
CN103840134B CN103840134B (zh) | 2017-09-05 |
Family
ID=50803418
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201210512229.4A Active CN103840134B (zh) | 2012-11-25 | 2012-11-25 | 一种基于石墨烯‑石墨球复合材料的锂电池电极片的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103840134B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110581275A (zh) * | 2018-06-07 | 2019-12-17 | 山东欧铂新材料有限公司 | 一种锂离子电池石墨烯/软碳负极材料及其制备方法、锂离子电池 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1789120A (zh) * | 2004-12-14 | 2006-06-21 | 中国科学院物理研究所 | 一种碳绒球材料及其制备方法和用途 |
CN1891668A (zh) * | 2005-07-08 | 2007-01-10 | 中国科学院物理研究所 | 一种具有球形核壳结构的碳硅复合材料及其制法和用途 |
CN1895993A (zh) * | 2005-07-12 | 2007-01-17 | 中国科学院物理研究所 | 一种纳米硅线/碳复合材料及其制备方法和用途 |
CN101831622A (zh) * | 2010-05-20 | 2010-09-15 | 中国科学院化学研究所 | 石墨烯泡沫及其制备方法 |
US20120021294A1 (en) * | 2010-07-22 | 2012-01-26 | Aruna Zhamu | Graphite or carbon particulates for the lithium ion battery anode |
CN102412396A (zh) * | 2011-11-11 | 2012-04-11 | 深圳市德方纳米科技有限公司 | 一种非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料 |
CN102412402A (zh) * | 2011-11-11 | 2012-04-11 | 深圳市德方纳米科技有限公司 | 一种非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料的制备方法 |
CN102674321A (zh) * | 2011-03-10 | 2012-09-19 | 中国科学院金属研究所 | 一种具有三维全连通网络的石墨烯泡沫及其宏量制备方法 |
-
2012
- 2012-11-25 CN CN201210512229.4A patent/CN103840134B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1789120A (zh) * | 2004-12-14 | 2006-06-21 | 中国科学院物理研究所 | 一种碳绒球材料及其制备方法和用途 |
CN1891668A (zh) * | 2005-07-08 | 2007-01-10 | 中国科学院物理研究所 | 一种具有球形核壳结构的碳硅复合材料及其制法和用途 |
CN1895993A (zh) * | 2005-07-12 | 2007-01-17 | 中国科学院物理研究所 | 一种纳米硅线/碳复合材料及其制备方法和用途 |
CN101831622A (zh) * | 2010-05-20 | 2010-09-15 | 中国科学院化学研究所 | 石墨烯泡沫及其制备方法 |
US20120021294A1 (en) * | 2010-07-22 | 2012-01-26 | Aruna Zhamu | Graphite or carbon particulates for the lithium ion battery anode |
CN102674321A (zh) * | 2011-03-10 | 2012-09-19 | 中国科学院金属研究所 | 一种具有三维全连通网络的石墨烯泡沫及其宏量制备方法 |
CN102412396A (zh) * | 2011-11-11 | 2012-04-11 | 深圳市德方纳米科技有限公司 | 一种非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料 |
CN102412402A (zh) * | 2011-11-11 | 2012-04-11 | 深圳市德方纳米科技有限公司 | 一种非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料的制备方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110581275A (zh) * | 2018-06-07 | 2019-12-17 | 山东欧铂新材料有限公司 | 一种锂离子电池石墨烯/软碳负极材料及其制备方法、锂离子电池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103840134B (zh) | 2017-09-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sun et al. | MXene‐bonded flexible hard carbon film as anode for stable Na/K‐ion storage | |
Li et al. | Defective hard carbon anode for Na-ion batteries | |
Zhang et al. | Binder-free Li3V2 (PO4) 3/C membrane electrode supported on 3D nitrogen-doped carbon fibers for high-performance lithium-ion batteries | |
Yi et al. | Scalable and economic synthesis of high-performance Na3V2 (PO4) 2F3 by a solvothermal–ball-milling method | |
Zhao et al. | NPO co-doped high performance 3D graphene prepared through red phosphorous-assisted “cutting-thin” technique: A universal synthesis and multifunctional applications | |
Tian et al. | Drastically enhanced high-rate performance of carbon-coated LiFePO4 nanorods using a green chemical vapor deposition (CVD) method for lithium ion battery: a selective carbon coating process | |
Guo et al. | NiCo 2 O 4 nanosheets grown on interconnected honeycomb-like porous biomass carbon for high performance asymmetric supercapacitors | |
Wang et al. | Core–shell Ge@ graphene@ TiO2 nanofibers as a high‐capacity and cycle‐stable anode for lithium and sodium ion battery | |
Li et al. | LDHs derived nanoparticle-stacked metal nitride as interlayer for long-life lithium sulfur batteries | |
Zhou et al. | A graphene foam electrode with high sulfur loading for flexible and high energy Li-S batteries | |
Qiao et al. | Self-assembled synthesis of hierarchical waferlike porous Li–V–O composites as cathode materials for lithium ion batteries | |
Huang et al. | Yolk@ shell or concave cubic NiO–Co3O4@ C nanocomposites derived from metal–organic frameworks for advanced lithium-ion battery anodes | |
Wang et al. | Regulate phosphorus configuration in high P-doped hard carbon as a superanode for sodium storage | |
CN104617261B (zh) | 一种锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料制备方法 | |
CN104176721A (zh) | 一种碳复合材料及其制备方法和应用 | |
Xiao et al. | Porous carbon derived from rice husks as sustainable bioresources: Insights into the role of micro/mesoporous hierarchy in Co3O4/C composite for asymmetric supercapacitors | |
CN104332616A (zh) | 石墨烯包覆石墨复合锂离子电池负极材料及其制备方法 | |
CN106025241B (zh) | 石墨烯气凝胶负载磷酸铁锂多孔复合材料及其制备方法 | |
Hong et al. | Microstructuring of carbon/tin quantum dots via a novel photolithography and pyrolysis-reduction process | |
Zhao et al. | Rational construction of multivoids-assembled hybrid nanospheres based on VPO4 encapsulated in porous carbon with superior lithium storage performance | |
CN108232141A (zh) | 一种高压实的锂离子电池硅碳复合负极材料及其制备方法 | |
CN104103821A (zh) | 硅碳负极材料的制备方法 | |
CN108190962A (zh) | 一种二氧化锰纳米片/碳化钛复合材料及其制备方法 | |
CN104466104A (zh) | 一种锂离子电池锗石墨烯复合负极材料及其制备方法 | |
Xia et al. | Graphene/TiO2 decorated N-doped carbon foam as 3D porous current collector for high loading sulfur cathode |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200228 Address after: District 362000 Fujian Dongyuan town east of Taiwan investment in Quanzhou City Road 2 Road Office Patentee after: Fujian Xinfeng two Mstar Technology Ltd Address before: 362000 building, administrative building, Taiwan Businessmen Investment Zone, Fujian, Quanzhou Province, China 5 Patentee before: FUJIAN PROVINCE HUIRUI MATERIAL SCIENCE & TECHNOLOGY CO., LTD. |