[发明专利]锂离子电池的石墨烯/铝复合负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池的石墨烯/铝复合负极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术负极材料技术。

背景技术

当今世界，化石能源日渐短缺、环境污染日益严重，能源、资源、环境与人类社会的和谐发展日益成为社会关注的焦点，寻求可再生清洁能源、谋求人与环境的和谐发展逐步成为时代的主题，因此具有高功率密度与高能量密度、无污染、可重复使用的锂离子电池成为各国政府与科研机构普遍关注的对象。目前，碳材料由于在安全和循环寿命方面具有较好性能、价廉和无毒等优点，被广泛地作为负极材料应用于锂离子电池工业。

为了进一步提高负极的能量密度，人们开始将目光投向可以与锂元素形成合金的材料。金属铝与锂离子发生反应生成Li-Al合金，具有较大的比容量(理论比容量为993mAh·g^-1)，可以作为锂离子电池的负极材料使用。Y.Homan[Y.Homan，T.Brousse，F.Jousse et al.Journal of Power Sources，2001，97-98：185-187.]等对此做了详细研究，发现当使用纯的金属铝为锂离子电池负极材料时，其比容量与所使用的铝箔的厚度有关，随着铝箔厚度的减小，其比容量不断增大；但当纯金属铝做为锂离子电池负极时，电化学反应过程中容易形成“枝晶”而刺透隔膜，电池的循环性能极差。2004年，Geim等首次制备得到石墨烯，从而拉开了石墨烯研究的序幕；2009年，本发明人杨全红等采用低温膨化法实现了石墨烯的低成本宏量制备，得到了具有优良纳米结构和储能性质的石墨烯材料，从而为石墨烯的产业化及其在储能领域中的应用打下基础[Wei Lv，Dai-Ming Tang，Yan-Bing He et al.，ACSNano，2009，3(11)：3730-3736.杨全红，吕伟，孙辉，高电化学容量氧化石墨烯及其低温制备方法和应用，CN 200810151807.X]。与此同时，宋怀河等[Peng Guo，Huaihe Song，Xiaohong Chen.，Electrochemistry Communications，2009，11：1320-1324.]及Guoxiu Wang[Guoxiu Wang，Xiaoping Shen，Jane Yao et al.，Carbon，2009，47：2049-2053.]分别对其做为锂离子电池负极做了深入研究，发现其具有较大的充电比容量，但充放电曲线中并没有平台出现，影响了石墨烯作为负极材料在锂离子电池领域中的应用。石墨烯在锂离子电池正极添加剂领域的应用效果尤为出色，在添加很小量的情况下就能达到或超越一般商用锂离子电池导电添加剂的效果[Fang-Yuan Su，Conghui You，Yan-BingHe，et al.J.Mater.Chem.，2010。杨全红；吕伟；贺艳兵等，以石墨烯为导电添加剂的电极及在锂离子电池中的应用，CN101794874A]。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池的石墨烯/铝复合负极材料及其制备方法，以该负极材料制备的锂离子电池比容大、充放电电压平台低，循环性能好，其制备方法过程简单。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种锂离子电池的石墨烯/铝复合负极材料，其特征在于，该复合负极材料由石墨烯与铝按质量比为1∶0.1～100组成，其容量达600～1200mAh/g。

上述锂离子电池的石墨烯/铝复合负极材料的制备方法，其特征在于包括以下过程：

(1)按石墨烯与金属铝粉质量比为1∶0.1～100，称取石墨烯与金属铝粉，采用球磨、搅拌或超声分散得到均匀混合材料；

(2)将步骤(1)中混合得到的石墨烯/铝粉混合材料压制在铜箔集流体上制备得到电极片，以锂片为正极，组装成电池，然后在1-500mA/mg的电流密度下，充放电1-100个循环进行熟化，熟化后得到锂离子电池石墨烯/铝负极材料。

本发明具有如下优点：制备过程简单，本发明的石墨烯/铝复合负极材料制备的锂离子电池的容量和循环性能不仅远远高于纯铝和纯石墨烯负极材料，而且也高于现有商业化的负极材料，如石墨，碳纳米管等。本发明的易于实现、广泛推广。

附图说明

图1为以本发明实施例3中制备的石墨烯/铝负极材料制备的锂离子电池充放电曲线。从图1中可以看出，本发明不同于其它石墨烯材料，首次脱锂容量可达1100mAh·g^-1；而且电压平台较低，约为0.48V vs Li⁺/Li。