用于电极材料的保形皮克林乳液石墨烯涂层、形成方法及其应用技术

一种用于制造复合材料的方法，所述方法包含：形成活性材料颗粒和石墨烯乳液微滴的乳液混合物，所述乳液混合物含有不混溶的第一和第二溶剂以及石墨烯的固态乳化剂，其中所述第一和第二溶剂适于使得所述第二溶剂存在于所述石墨烯乳液微滴的内部，而所述第一溶剂作为外部溶剂，并且所述活性材料颗粒存在于所述乳液微滴的内部；其中所述第二溶剂的沸点低于所述第一溶剂的沸点；和随后通过分级蒸馏蒸发所述第二溶剂和所述第一溶剂来干燥所述乳液混合物，以形成所述复合材料，所述复合材料使所述活性材料颗粒的每个表面保形地涂覆有所述石墨烯。墨烯。墨烯。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电极材料的保形皮克林乳液石墨烯涂层、形成方法及其应用
[0001]关于联邦资助研究下的权利的声明
[0002]本专利技术是在国家科学基金会授予的CMMI
‑
1727846和DMR
‑
1720139以及能源部授予的DEAC02
‑
06CH1157的政府支持下做出的。政府在本专利技术中具有某些权利。
[0003]相关专利申请的交叉引用
[0004]本申请要求2020年5月4日提交的美国临时申请第63/019,552号的优先权和权益，所述申请通过引用整体并入本文。


[0005]本专利技术总体上涉及材料，更具体地涉及用于电极材料的保形皮克林乳液石墨烯涂层、形成方法及其应用。

技术介绍

[0006]本文提供的背景描述是出于大体上呈现本专利技术的上下文的目的。在
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部分中讨论的主题不应由于其仅在
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部分中的提及而被假定为现有技术。类似地，在
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部分中提及的或与
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部分的主题相关联的问题不应被假定为在现有技术中先前已意识到。
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部分中的主题仅代表不同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造复合材料的方法，所述方法包括：形成活性材料颗粒和石墨烯乳液微滴的乳液混合物，所述乳液混合物含有不混溶的第一和第二溶剂以及石墨烯的固态乳化剂，其中所述第一和第二溶剂适于使得所述第二溶剂存在于所述石墨烯乳液微滴的内部，而所述第一溶剂作为外部溶剂，并且所述活性材料颗粒存在于所述乳液微滴的内部；其中所述第二溶剂的沸点低于所述第一溶剂的沸点；和随后通过分级蒸馏蒸发所述第二溶剂和所述第一溶剂来干燥所述乳液混合物，以形成所述复合材料，所述复合材料使所述活性材料颗粒的每个表面保形地涂覆有所述石墨烯。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成乳液混合物包括：将所述石墨烯分散到所述第一溶剂中以形成基础溶液；和通过超声处理将所述第二溶剂与所述基础溶液混合以形成所述石墨烯乳液微滴；和通过搅拌将所述活性材料颗粒插入到所述石墨烯乳液微滴中。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成所述乳液混合物包括：将所述石墨烯分散到所述第一溶剂中以形成基础溶液；将所述活性材料颗粒分散到所述基础溶液中以形成第一混合物；将所述第二溶剂加入所述第一混合物中以形成第二混合物，并对所述第二混合物进行超声处理，以将所述活性材料颗粒插入到所述石墨烯乳液微滴中。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述石墨烯乳液微滴进一步含有乙基纤维素(EC)作为添加剂，用于增加所述石墨烯的分散性和乳化剂特性。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述石墨烯与所述EC的重量比在约1∶0至约1∶3的范围内，优选约1∶2。6.根据权利要求4所述的方法，所述方法进一步包括在氧化环境中的温度下对所述复合材料进行热退火，以分解大部分EC，剩余的无定形碳残余物具有高sp2‑
碳含量，这有利于石墨烯薄片之间的电子传输。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述温度在约150至350℃的范围内，优选约250℃8.根据权利要求1所述的方法，其中所述石墨烯乳液微滴的平均尺寸随着所述第一溶剂与所述第二溶剂的体积比以及所述石墨烯在所述基础溶液中的浓度的变化而变化。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一溶剂与所述第二溶剂的体积比在约5∶4至约5∶1的范围内。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述石墨烯乳液微滴的平均尺寸随着所述第二溶剂的含量的降低而减小，并且在所述第一溶剂与所述第二溶剂的体积比为5∶1时小于约5μm。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一溶剂包括乙腈、庚烷、水或乙酸，并且所述第二溶剂包括戊烷、环己烷、乙腈、苯、己烷或氯仿。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一溶剂包括沸点为82℃的乙腈，并且所述第二溶剂包括沸点为68℃的己烷。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述分级蒸馏用旋转蒸发器进行，所述旋转蒸发器具有设定为约50℃的浴温以及压力，所述压力在第一时间段内设定为约0.6atm以完全地和选择性地去除所述己烷，从而导致所述乳液微滴的受控塌陷并在所述活性材料颗粒上产生保形石墨烯涂层，所述压力随后在第二时间段内降低至低于0.2atm以完全地去除所述乙
腈，从而产生石墨烯保形涂覆的活性材料颗粒。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述石墨烯与所述活性材料颗粒的重量比在约1∶400至约1∶100的范围内，优选约1∶200。15.根据权利要求1所述的方法，其中所述石墨烯包括溶液剥离石墨烯。16.根据权利要求1所述的方法，其中所述活性材料包括锂钴氧化物、锂铁磷酸盐、锂锰氧化物、锂镍锰钴氧化物、锂镍钴铝氧化物或其组合。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述活性材料包括富镍锂氧化物。18.根据权利要求17所述的方法，其中所述活性材料包括LiNi
0.8
Co
0.15
Al
0.05
O2(NCA)、LiNiO2(LNO)、LiMn
1.5
Ni
0.5
O4(LMNO)、LiNi
x
Mn
y
Co
z
O2(NMC，其中x+y+z＝1)、LiNi
0.8
Co
0.2
O2(LNCO)或Li
w
Ni
x
Mn
y
Co
z
O2(富锂NMC，其中w＞1，x+y+z＝1)。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述活性材料掺杂有包含Al、B、Zr、Nb、Fe、Cr、Cu、Mo、W和/或V的元素。20.一种根据根据权利要求1所述的方法制造的复合材料。21.一种复合材料，所述复合材料包括：石墨烯；和活性材料颗粒，其中所述活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：