本发明专利技术提供了一种非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料，电极材料为正极材料或负极材料，包覆的石墨烯非连续地紧密地附着在电极材料颗粒表面，具有优异的导电性能和锂离子迁移率。本发明专利技术非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料具有广泛的应用前景，能大幅提高锂离子电池的综合性能，同时本发明专利技术成本低廉，适于大规模工业化生产和应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池电极材料，特别是涉及一种非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料。
技术介绍
锂离子电池是由正、负电极和电解液组成，通过Li+嵌入和嵌出正负电极材料进行能量交换的一种可充放电的高能电池。当电池充电时，锂离子从正极中嵌出，在负极中嵌入，放电时反之。需要一个电极在组装前处于嵌锂的状态，一般选择相对锂而言电位大于3. 5V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物作为正极，如LihxCoO2 (0 < X < 0. 8)、 Li1^xNiO2 (0 < X < 0. 8)及LinMn2O4 (0 < X < 1)。作为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂的化合物，如各种碳材料和金属氧化物。磷酸铁锂因其具有安全性高、价格便宜和放电平台平稳等优点能成为锂离子电池正极材料的研究热点。但磷酸铁锂的导电性差，锂离子扩散速度慢，高倍率充放电时实际比容量低，这些问题制约着磷酸铁锂产业化的发展。目前，常通过掺杂导电剂或包覆导电剂等方法制备磷酸铁锂复合材料来提高磷酸铁锂的离子迁移率和电子导电率，但所报道的磷酸铁锂复合材料仍存在一定的问题碳纳米管的制备成本高，导致掺杂碳纳米管的磷酸铁锂复合材料成本过高，不利于大规模工业化生产；天然石墨粉或碳黑等导电剂包覆的磷酸铁锂复合材料表面结构复杂、界面电阻较大，在倍率充放电时容量出现大幅度下降并且其振实密度也大幅度下降。石墨烯是近几年迅速兴起一种导电材料，为单层或多层的极薄的碳材料结构，拥有极其优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数，并且其理论比表面积高达2630m2/g。公开号为CN 101800310A的中国专利申请中公开了一种在磷酸铁锂中掺杂石墨烯的复合正极材料，其材料的导电性得到了提高，但是由于在磷酸铁锂中直接添加石墨烯易造成石墨烯在磷酸铁锂中的分布不均勻，出现团聚等现象。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术旨在提供一种非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料，石墨烯呈非连续分布，具有优异的导电性能和锂离子迁移率。本专利技术非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料大幅提高了锂离子电池的综合性能，同时本专利技术成本低廉，适于大规模工业化生产和应用。本专利技术提供的一种非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料，其中，电极材料为正极材料或负极材料，包覆的石墨烯非连续地紧密地附着在电极材料颗粒表面。优选地，石墨烯为多层石墨烯。更优选地，石墨烯为2 10层的多层石墨烯。优选地，石墨烯包覆的面积不小于所述电极材料颗粒总表面积的30%。更优选地， 石墨烯包覆的面积占所述电极材料颗粒总表面积的30% 99%。优选地，电极材料颗粒为一次粒子或二次粒子。更优选地，一次粒子的粒径为5nm 25 μ m0优选地，正极材料为钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、硅酸亚铁锂、磷酸锰锂、磷酸铁锰锂和磷酸铁锂中的一种或几种。本专利技术电极材料亦可为常见活性材料经过改性后的复合材料。优选地，负极材料为钛酸锂、天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、纳米硅、硅碳合金、硅锡合金和锡合金中的一种或几种。优选地，非连续的石墨烯与所述电极材料的质量比为0. 2 10%。本专利技术提供的非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料具有以下优势(1)现有技术中连续的石墨烯是完整的结构，不利于锂离子的嵌入和嵌出，而本专利技术中包覆的石墨烯结构是非连续的，利于锂离子从非连续石墨烯的缺陷处嵌入和嵌出，具有良好的锂离子迁移率，从而本专利技术具有优异的导电性能，大幅提高了锂离子电池的综合性能，实现了电化学性能质的飞跃；(2)成本低廉，适于大规模工业化生产和应用。因此，本专利技术非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料具有广泛的应用前景。 附图说明图1为本专利技术实施例一制得的非连续石墨烯包覆的正极材料的HRTEM照片；图2为实验电池的克容量测试图；图3为实验电池的充电性能测试图；图4为实验电池的倍率放电性能测试图；图5为实验电池的循环性能测试图；图6为实验电池的低温性能测试图。具体实施例方式以下所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。本专利技术提供的一种非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料，其中，电极材料为正极材料或负极材料，包覆的石墨烯非连续地紧密地附着在电极材料颗粒表面。所述石墨烯为2 10层的多层石墨烯。石墨烯包覆的面积不小于所述电极材料颗粒总表面积的 30%。本专利技术按照如下方法制备获得将正极材料、正极材料前驱体或负极材料，置于气氛炉里烧结，通入含氧有机物， 同时通入水汽，以及通入惰性气体氮气和/或氩气，通入的含氧有机物与水汽的体积分数分别为1 90%和0. 1 15%，控制气氛炉里的温度为500 1300°C，反应3 40小时， 冷却至室温，得到非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料。锂离子电池电极材料包括正极材料和负极材料。正极材料为钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、硅酸亚铁锂、磷酸锰锂、磷酸铁锰锂和磷酸铁锂中的一种或几种。负极材料为钛酸锂、天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、纳米硅、硅碳合金、硅锡合金和锡合金中的一种或几种。本专利技术亦可用正极材料前驱体作为原料制备非连续石墨烯包覆的锂离子电池正极材料。本专利技术电极材料亦可为常见活性材料经过改性后的复合材料。含氧有机物为醇、酮、醛、酚、醚、酯、羧酸类有机物中的一种或几种，例如为甲醇、 乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、丙酮、丁酮、2-戊酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯和乙酸戊酯中的一种或几种。非连续的石墨烯与所述电极材料的质量比为0. 2 10%。本专利技术的烧结工艺为气相沉积法(CVD)的一种，通过将含氧有机物热解，产生碳和氢，其中，碳沉积在电极材料表面形成了石墨烯，同时由于有少量水汽的存在，部分碳与水发生反应生成H2和C0，从而形成非连续的石墨烯。该非连续的石墨烯利于锂离子从非连续石墨烯的缺陷处嵌入和嵌出，具有良好的锂离子迁移率，从而本专利技术具有优异的导电性能，大幅提高了锂离子电池的综合性能，实现了电化学性能质的飞跃。实施例一一种非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料，其中，电极材料为正极材料磷酸铁锂颗粒，包覆的石墨烯非连续地紧密地附着在磷酸铁锂颗粒表面。石墨烯包覆的面积占磷酸铁锂颗粒总表面积的99%。非连续的石墨烯与磷酸铁锂颗粒的质量比为5%。本实施中非连续石墨烯包覆的磷酸铁锂颗粒按如下步骤制得将磷酸铁锂颗粒置于气氛炉里烧结，通入甲醇，同时通入水汽，以及通入惰性气体氮气和氩气，通入的甲醇和水汽的体积分数分别为40%和10%，控制气氛炉里的温度为 800°C，反应20小时，甲醇在高温下发生热解生成碳和氢，其中，碳沉积在磷酸铁锂颗粒表面形成了石墨烯，同时由于有少量水汽的存在，部分碳与水发生反应生成压和0)，从而形成非连续的石墨烯。图1为本专利技术实施例一制得的非连续石墨烯包覆的磷酸铁锂颗粒的HRTEM照片， 显示了磷酸铁锂颗粒(黑色)表面包覆石墨烯后的TEM图。如图1所示，磷酸铁锂颗粒(黑色)表面包覆有4 6层石墨烯，该石墨烯层多处中断形成缺陷，呈不连续分布。实施例二—种非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料，其中，电极材料为正极材料镍酸锂颗粒，包覆的石墨烯非连续地紧密地附着在镍酸锂颗粒表面。包覆的石墨本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孔令涌，吉学文，王允实，
申请(专利权)人：深圳市德方纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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