[發明專利]石墨烯負載富鋰正極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201310425861.X
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103474651A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 師春生;劉聰;趙乃勤;劉恩佐;何春年
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/505;H01M4/36
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術領域

本發明涉及一種石墨烯負載富鋰正極材料的制備方法，屬于鋰離子電池正極材料制備技術。

背景技術

鋰離子電池作為一種重要的電化學能量儲存與轉換裝置，已經廣泛地應用在手機、筆記本電腦、電動汽車以及混合電動汽車等領域，成為緩解能源危機與環境污染等問題的一種有效途徑。鋰離子電池的性能在很大程度上取決于正極材料的性能，以?LiCoO2為代表的傳統正極材料由于資源緊缺、原料成本高和對環境有污染等缺點在工業化生產中受到制約。近年來，富鋰層狀正極材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO_2?(M=Ni、Co、Mn、Ni_0.5Mn_0.5、Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3等)以其低廉的成本，高的能量密度、結構穩定、較好的循環性能和良好的安全性能成為了人們研究的重點。富鋰層狀正極材料在充電到4.8V時具有較高的放電容量（≥200mAh/g），然而這種材料還是存在很多問題限制了其進一步的在動力電池方面的應用：1）大的首次不可逆容量當充電電壓充到4.6V以上伴隨著Li₂O的凈脫出；2）導電性差；3）較長時間循環后，電壓平臺急速衰減。

石墨烯是一類單層碳原子組成的新型二維納米碳材料，是目前世界上最薄的二維材料，研究發現，石墨烯具有優良的電化學性能，其室溫電子遷移率達到10000cm²/S，不僅如此，石墨烯還具有優良的穩定性，較寬的電化學窗口和較大的比表面積等特點使石墨烯適用于設計新型的具有3D-網絡的復合結構。但是由于富鋰層狀正極材料的合成過程需要氧氣氛圍煅燒會造成石墨烯的破壞，因此目前石墨烯-富鋰層狀正極材料只是通過機械混合合成，Rao等人(ACS?Appl.?Mater.?Interfaces?2011,3,2966–2972)利用球磨制備了LiNi1/3Mn1/3Co1/3-石墨烯復合材料，Jiang等人（ACS?Appl.?Mater.?Interfaces2012,4,?4858–4863）利用超聲攪拌的方法制備了富鋰層狀正極材料和石墨烯的復合結構。

從以上合成過程可以看到，目前合成富鋰正極材料過程比較繁瑣，且都是通過外加石墨烯混合法，界面結合性能不好，合成過程不易控制。

發明內容

本發明目的在于提供一種石墨烯負載富鋰正極材料制備方法，該方法過程簡單，可控性好。所制備的石墨烯負載富鋰正極材料具有良好的電化學性能。

本發明是通過以下技術方案實現的，一種石墨烯負載富鋰正極材料制備方法，該石墨烯負載的富鋰正極材料的分子式為Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂，其特征在于包括以下過程：

?(1）將硫酸錳、硫酸鎳、過硫酸銨溶解在去離子水中，配制成含錳離子濃度為0.1～0.5mol/L，鎳離子濃度為0.1～0.2mol/L，銨離子濃度為0.1～1mol/L的混合溶液，室溫下密封攪拌30min～60min，得到混合均勻的溶液；

（2）將石墨烯溶解在去離子水中，配制成濃度為1～3g/L的均勻溶液，室溫下密封超聲2小時；

（3）將步驟（1）制得的混合均勻溶液和步驟（2）制得的石墨烯溶液以體積比為1:1混合，在室溫下密封攪拌30min～60min；

（4）室溫下密封攪拌，將氫氧化鋰溶解在去離子水中，配制成濃度為1～5mol/L的均勻溶液；

（5）將步驟（3）制得的均勻混合溶液和步驟（4）制得的氫氧化鋰溶液以體積比為1:2混合均勻，在室溫下密封攪拌1～2h,得到前驅體混合液；

（6）將步驟（5）制得的前驅體混合液加入水熱反應釜中，在溫度180～220℃，反應10～24h，然后經冷卻、過濾，濾餅于溫度80～100℃干燥6h，研磨制得石墨烯負載富鋰正極材料Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂。