[发明专利]应用于锂离子电池的石墨烯掺杂导电剂及其合成工艺

说明书

本发明涉及一种应用于锂离子电池的石墨烯掺杂导电剂及其合成工艺，包括以下步骤：(1)称取0.1g～0.5g的氧化石墨烯粉末加入到10ml～50ml的去离子水中，加入0.5g～0.8g四水乙酸钴，即获得四氧化三钴/石墨烯催化剂。(2)称取0.2g～0.5gCNT，加入100ml～200mlN‑甲基吡咯烷酮，加入1g～3g四氧化三钴/石墨烯催化剂，球磨混合2h～6h，在保护气氛下加热即获得多层石墨烯‑纳米碳管颗粒。(3)量取乙醇和去离子水的混合溶剂，加入0.5g～1g的纳米碳纤维，加入0.2g～0.5g多层石墨烯‑纳米碳管颗粒，烘干，得到纳米碳纤维/石墨烯/纳米碳管复合材料。本发明中石墨烯独特的二维结构能够有效地与纳米碳纤维、纳米碳管形成三维导电网络，最大化的发挥导电剂的作用，减少导电剂的用量，提升锂电池容量。

技术领域

本发明涉及锂电池材料制备领域，具体涉及一种应用于锂离子电池的石墨烯掺杂导电剂及其合成工艺。

背景技术

随着工业发展以及人类活动的日趋活跃，人类对能源的消耗日趋增大，而地下非可再生资源日趋短缺，能源供需矛盾日益激化，能源问题已成为影响人类生存和发展的关键问题之一。新储能体系的锂离子电池应该具有电压高、容量大、无记忆效应和寿命长等优点，可广泛应用于移动电话、数码相机、笔记本电脑等数码产品和电动车、混合电动车等动力工具。

锂离子电池在充放电循环中，正负极极片上有电流通过时，就会有净反应发生，表明电极失去了原有的平衡状态，电极电位将偏离平衡电位，就产生了常说的极化。锂电池极化可以分为欧姆极化、电化学极化和浓差极化。极化电压是反应内部电化学反应的重要参数，如果极化电压长期不合理，则会导致负极锂金属析出加快，严重情况下会刺穿隔膜导致短路。据锂电池初期实验数据，单纯依靠活物质的导电性是不足以满足电子迁移速率要求的，为了使电子能够快速移动归位，出现了导电剂的加入。导电剂的首要作用是提高电子电导率。导电剂在具活性物质之间、活性物质与集流体之间起到收集微电流的作用以减小电极的接触电阻，提高锂电池中电子的迁移速率，降低电池极化。此外，导电剂也可以提高极片加工性，促进电解液对极片的浸润，从而提高锂电池的使用寿命。因此，导电剂在锂电池中发挥着重要的作用，也是该产业的一个不可或缺的组成部分。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种应用于锂离子电池的石墨烯掺杂导电剂及其合成工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种应用于锂离子电池的石墨烯掺杂导电剂，包括纳米碳纤维/石墨烯/纳米碳管复合材料。

一种应用于锂离子电池的石墨烯掺杂导电剂的合成工艺，包括以下步骤：

(1)四氧化三钴/石墨烯催化剂的制备：称取0.1g～0.5g的氧化石墨烯粉末加入到10ml～50ml的去离子水中，超声处理30min～60min，得到均匀分散的石墨烯悬浮液，在溶液中加入0.5g～0.8g四水乙酸钴，搅拌15min～30min后，将混合溶液倒入水热反应釜，混合溶液在反应釜中80℃～100℃温度下反应2h～5h小时；

然后将反应后的混合液体进行离心10min～30min，取下层颗粒物，采用乙醇或蒸馏水对颗粒物进行清洗，然后置于60℃～80℃的烘燥箱中干燥20h～24h，即获得四氧化三钴/石墨烯催化剂。

(2)多层石墨烯-纳米碳管颗粒的制备：称取0.2g～0.5g碳纳米管(CNT)，加入100ml～200mlN-甲基吡咯烷酮中，超声搅拌30～60min，然后加入1g～3g四氧化三钴/石墨烯催化剂，球磨混合2h～6h，然后超声搅拌30～60min，形成石墨烯/纳米碳管悬浮液；

将石墨烯/纳米碳管悬浮液置于石英反应釜中，在N₂和C₂H₂双重保护气氛下，加热至500℃～650℃，保温1h～2h，即获得多层石墨烯-纳米碳管颗粒。