。在样品C中使用 的石墨稀颗粒为可由XGSciences商购的XG300颗粒。在样品D中使用的炭黑颗粒为可商 购的SuperP炭黑颗粒。
[0035] 使用2016型钮扣电池对样品A-D执行电化学实验，在充氩的干燥手套箱（MBraun， Inc.)中组装所述钮扣电池，其中Si电极作为工作电极，并且Li金属作为对电极。通过 饶注由40重量％Si颗粒（来自Sigma的50nm纳米颗粒）、40重量％石墨稀颗粒或炭 黑颗粒和20重量％聚丙烯酸（PAA)粘结剂构成的浆料来制备所述工作电极。将处于碳 酸亚乙酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯（EC:DEC:DMC，以体积百分比计为2:1:2)以及10 重量％的氟代碳酸亚乙酯（FEC)的混合物中的lmolL-lLiPF6用作电解质（Novolyte Technologies,Independence, 0H)。通过在ArbinBT-2000蓄电池测试仪上于室温下在相 对于Li+/Li介于1. 5和0. 01V之间的电压范围内在不同电流密度下的恒电流充电/放电 循环来评价电化学性能。仅基于Si的质量来计算电流密度和比容量。
[0036] 测试方案包括如下的倍率测试：前7个循环使用lA/g的电流密度进行测试；随后 使用2A/g的电流密度。
[0037] 图2描述了包含不同类型的石墨烯碳颗粒或炭黑颗粒的样品A-D材料在各种恒电 流测试方案下的电化学性能。基于在图2中所示的结果，清楚的是包含热制备的石墨烯颗 粒的样品A和B均表现出比分别包含可商购的石墨烯和炭黑的样品C和D更好的容量保持 率。样品A还示出比样品C更高的比容量。
[0038] 用于在图3中所示数据的测试方案如下：对于限定至1600mAh/g的容量，lA/g的 恒电流用于锂化（放电）和脱锂化（充电）过程；对于限定至3000mAh/g的容量，400mA/g 的恒电流用于锂化（放电）过程，而lA/g的恒电流用于脱锂化（充电）过程，从而模拟阳 极材料在全蓄电池中的实际应用。
[0039] 图3描述了样品A在恒容量测试方案下的电化学性能。图3示出当分别使用限定 至1600和3000mAh/g的容量测试时样品A维持容量良好高达100次循环。
[0040] 出于本详细说明的目的，要理解的是，本发明可以假定各种不同的替代变体和步 骤顺序，除非另外明确指明相反。此外，除了在任何操作实施例中的或者以其它方式所指出 的，将表达例如在本说明书和权利要求书中所使用的成分数量的所有数字理解为在所有情 况下通过术语"约"来修正。因此，除非相反地指示，在下文的说明书和所附的权利要求中 列出的数字参数为近似值，其可以取决于通过本发明要获得的所需性质而变化。至少，并且 不作为尝试对权利要求范围的等价形式的教条应用的限制，应当至少根据所记载的有效数 字的数目并通过采用常规舍入技术来解释每个数字参数。
[0041] 尽管阐述本发明的宽范围的数值范围和参数为近似值，但是在具体实施例中所列 出的数值被尽可能精确地记载。然而，任何数值固有地包含一定的误差，其为在它们各自的 测试测量中出现的标准变化所必然导致的。
[0042] 此外，应当理解的是，在这里引用的任何数值范围意图包括其中包含的所有子范 围。例如，范围"1至10"意图包括所引用的最小值1和所引用的最大值10之间（并包括 两者）的所有子范围，也就是说，具有等于或者大于1的最小值和等于或者小于10的最大 值。
[0043] 在本申请中，单数的使用包括复数，并且复数涵盖单数，除非以其它方式另外指 明。此外，在本申请中，"或"的使用是指"和/或"，除非以其它方式另外特别指明，即使在 某些例子中可明确地使用"和/或"。
[0044] 本领域技术人员将容易理解的是，可以在不背离在上文的说明中公开的概念的情 况下对本发明做出改变。这样的改变将被认为是包括在下文的权利要求中的，除非所述权 利要求通过它们的语言明确地以其它方式说明。因此，在这里详细描述的特定实施方案仅 为说明性的，并且不会限制本发明的范围，而本发明的范围将由所附权利要求及其任何和 所有的等价形式的全部范围来给出。
【主权项】
1. 锂离子蓄电池阳极材料，包含： 锂反应性金属颗粒； 石墨稀碳颗粒；和 粘结剂。2. 权利要求1的锂离子蓄电池阳极材料，包含从15至85重量％的锂反应性金属颗粒、 从3至75重量％的石墨烯碳颗粒和从3至60重量％的粘结剂。3. 权利要求2的锂离子蓄电池阳极材料，其中锂反应性金属颗粒占从25至70重量％， 石墨稀碳颗粒占从10至60重量％。4. 权利要求2的锂离子蓄电池阳极材料，其中锂反应性金属颗粒占从30至50重量％， 石墨稀碳颗粒占从30至50重量％。5. 权利要求1的锂离子蓄电池阳极材料，其中石墨烯颗粒为热制备的石墨烯碳颗粒。6. 权利要求1的锂离子蓄电池阳极材料，其中石墨烯颗粒具有大于5:1的纵横比。7. 权利要求1的锂离子蓄电池阳极材料，其中石墨烯颗粒具有从0. 3至6纳米的平均 厚度。8. 权利要求1的锂离子蓄电池阳极材料，其中锂反应性金属包含Si、Sn或其组合。9. 权利要求1的锂离子蓄电池阳极材料，其中锂反应性金属颗粒包含平均颗粒尺寸小 于1000纳米的Si。10. 权利要求9的锂离子蓄电池阳极材料，其中Si颗粒具有从5至200纳米的平均颗 粒尺寸。11. 权利要求9的锂离子蓄电池阳极材料，其中Si颗粒具有从10至120纳米的平均颗 粒尺寸。12. 权利要求1的锂离子蓄电池阳极材料，其中粘结剂包含聚合物。13. 权利要求12的锂离子蓄电池阳极材料，其中聚合物包含聚丙烯酸。14. 权利要求1的锂离子蓄电池阳极材料，其中将蓄电池阳极材料提供为在导电基材 上的层。15. 权利要求14的锂离子蓄电池阳极材料，其中导电基材包含金属箱。16. 权利要求14的锂离子蓄电池阳极材料，其中蓄电池阳极材料的层具有从5至500 微米的厚度。17. 权利要求14的锂离子蓄电池阳极材料，其中蓄电池阳极材料的层具有从20至200 微米的厚度。18. 权利要求14的锂离子蓄电池阳极材料，其中蓄电池阳极材料具有小于250欧姆 / □的电阻系数。19. 锂离子蓄电池，包含： 阳极； 阴极； 介于阳极和阴极之间的分隔体；和 与阳极和阴极接触的电解质，其中所述阳极包含锂反应性金属颗粒、石墨烯碳颗粒和 粘结剂。20. 权利要求19的锂离子蓄电池，其中所述阳极包含从15至85重量％的锂反应性金 属颗粒、从3至75重量％的石墨稀碳颗粒和从3至60重量％的粘结剂。
【专利摘要】公开了包括石墨烯碳颗粒的锂离子蓄电池阳极。还公开了包含这样的阳极的锂离子蓄电池。所述阳极包括锂反应性金属颗粒例如硅、石墨烯碳颗粒和粘结剂的混合物。在阳极中使用石墨烯碳颗粒导致改进的锂离子蓄电池性能。
【IPC分类】H01M4/133, H01M4/134, H01M4/66, H01M4/583, H01M4/62, H01M4/587, H01M10/052
【公开号】CN105051948
【申请号】CN201480015238
【发明人】N·R·瓦尼尔, D·B·阿赛, K·G·奥尔森, E·F·拉克维兹, D·王, 衣冉
【申请人】Ppg工业俄亥俄公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2014年3月7日
【公告号】CA2903497A1, US20140272591, WO2014150006A1