[发明专利]一种锂离子电池用石墨/LiAlO2/石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用石墨/LiAlO₂/石墨烯复合材料及其制备方法，该复合材料可以作为锂离子电池的电极材料，属于锂离子电池电极材料技术领域。

背景技术

锂离子电池是近几年发展起来的一种新型储能电池，以其循环寿命长、工作电压平台稳、价格低廉及无污染等优点受到人们的关注，现已广泛应用于电动汽车、风电储能、移动电站等领域。制约锂离子电池发展的瓶颈之一是电池的安全性能问题。目前用于提高锂离子电池的安全性能的措施有许多种，比如通过在锂离子电池的封口处添加电池安全阀达到目的，及其通过改变锂离子电池的内部结构设计和使用材料实现的。

目前研究者已经在采用内部措施提高锂离子电池安全性能方面进行了许多研究，比如添加阻燃电解液、使用陶瓷隔膜、使负极材料过量等，但还未见有通过改变负极材料表面结构以提高锂离子电池安全性能方面的研究报导。

锂离子电池存在的安全隐患之一在于，锂离子电池在大倍率条件下充放电造成负极材料表面析锂，致使容纳锂离子的空间不够，此时锂离子就在负极的表面堆积而形成枝晶，从而刺破隔膜造成锂离子电池内部短路，使锂离子电池的安全性能下降；另外锂离子电池的安全隐患还在于，电池突然短路时正负极粉尘材料突然接触造成电池内阻增大、温度升高，从而分解电解液产生电池鼓胀等。因此，有效解决枝晶刺破隔膜问题和降低电池短路机率对提高锂离子电池的安全性能非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池用石墨/LiAlO₂/石墨烯复合材料。

同时，本发明的目的还在于提供了一种锂离子电池用石墨/LiAlO₂/石墨烯复合材料的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种锂离子电池用石墨/LiAlO₂/石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1）取Al(OH)₃溶胶与NaOH、Li₂CO₃混合，在减压条件下于40～60℃条件下反应3～48小时，得到含有LiAlO₂的混合液，向该混合液中加入氧化石墨并均匀分散，然后在减压条件下于40～100℃蒸除水混合液中的水分，得到的固体物研磨得到石墨/LiAlO₂复合粉体；

2）将石墨/LiAlO₂复合粉体和镍粉均匀混合，通入保护气体并加热至500～1200℃，然后停止通入保护气体，通入碳源气体或者碳源气体和惰性气体的混合气并在该温度下保持20～120分钟；冷却至室温得到石墨/LiAlO₂/石墨烯复合材料。

所述制备石墨/LiAlO₂复合粉体在减压条件下进行，其原因是在在减压条件下反应可以降低化学反应的沸点使化学反应更充分；其压力范围可优选（0.09～0.1）mpa；

所述Al(OH)₃溶胶采用如下方法制备：取碱式氯化铝溶解于去离子水中，过滤得到滤液，向该滤液中加入氨水，在减压条件下于40～90℃反应3～48小时，得到Al(OH)₃溶胶。其中减压的条件可以优选（0.09～0.1）mpa。

所述碱式氯化铝是AlCl₃在200～300℃热解而成。

所述滤液中碱式氯化铝的浓度为0.1～1.0mol/L。

所述氨水中氨的摩尔数为AlCl₃的3～6倍。

所述的氧化石墨为氧化人造石墨或氧化天然石墨；

步骤1）所述Al(OH)₃溶胶中的Al(OH)₃与NaOH、Li₂CO₃的摩尔比为1：(1～1.5)：(1～1.5)。

步骤1）所述氧化石墨的加入量为混合液中LiAlO₂重量的1/10～1/100倍。

步骤2）所述碳源气体为甲烷或乙炔。

步骤2）所述石墨/LiAlO₂复合粉体与镍粉的重量比为1：(0.01～1)。

所述保护气体为氢气或氮气。

所述惰性气体为氩气。

本发明还提供了一种采用如权利要求1～9任一项所述制备方法制得的锂离子电池用石墨/LiAlO₂/石墨烯复合材料。