[發明專利]一種石墨烯摻雜的鋰電正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201410265577.5
• 申請日: 2014-06-16
• 公開（公告）號: CN104064757A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 孫琦;李巖;孫慧英
• 申請（專利權）人: 青島乾運高科新材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種石墨烯摻雜的鋰電正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池自商業化以來，鋰離子電池所用的正極材料大多為鎳酸鋰、鎳酸鋰或三元材料等，其組分主要是活性材料加導電劑再加粘結劑，所述活性材料為鎳酸鋰、鎳酸鋰或三元等；負極材料大多采用石墨為活性物質，再添加一些導電劑和粘結劑；其優點是容量較高，循環壽命長，但是鎳資源匱乏、價格昂貴且具有毒性，因此尋求價格優廉、性能可靠、環境友好的正極材料成為鋰離子電池的重要研究方向。以鎳酸鋰為代表的尖晶石型正極材料和三元材料層狀氧化物在過去十年中得到廣泛研究，但是由于其各自存在的缺陷制約了他們的發展前景。另外，正負極材料組成的體系有個共同的特點就是放電后期，尤其是在放電結束時，電壓下降非常快，也就是在這個電壓區間里面，鋰離子電池的容量幾乎沒有了。

發明內容

本發明要解決的技術問題是如何克服現有技術的上述缺陷，提供一種石墨烯摻雜的鋰電正極材料及其制備方法。

為解決上述技術問題，本石墨烯摻雜的鋰電正極材料按重量份計，由以下組分按照所示比例制備而成，氧化石墨烯5~15、活性材料85~95、功能性材料5~10、導電材料4~8、粘結材料4~8。

作為優化，所述功能性材料為60%的硝酸鐵鋰溶液。

作為優化，所述正極材料為鎳酸鋰。

作為優化，所述導電劑為鱗片石墨。

本石墨烯摻雜的鋰電正極材料制備方法包括以下步驟：

（1）取石墨與硝酸鈉，以質量比2:1比例，置于一定量冰浴的濃硫酸中，攪拌下加入3倍于所述石墨質量的高鎳酸鉀，混合均勻，控制溫度低于20℃攪拌1 h左右，然后升高溫度至32~38℃反應2 h，緩慢滴加定量去離子水，充分攪拌均勻，待體系溫度下降時加入雙氧水終止反應，抽慮、洗滌、干燥；加熱攪拌的過程中，加入一定量已分散均勻的碳納米管乙二醇漿液，再繼續攪拌2 h；制得氧化石墨烯；

（2）將氧化石墨烯、活性材料、功能性材料、導電材料、粘結材料混合均勻，分散在體積比為3:1的水和丙酮的混合溶劑、水或氯仿中，超聲或者攪拌，使其完全均勻地分散；

（3）在冰水浴和惰性氣氛保護下，加入過硫酸銨水溶液或FeCl₃的氯仿溶液，恒溫下攪拌反應24h，然后將反應產物離心分離，洗滌，放入60℃的真空干燥箱中烘干，研磨至粉末。

本發明一種石墨烯摻雜的鋰電正極材料制備方法方法簡單，成本低廉，克服了鋰離子電池因為保護板自放電而造成失效的缺陷，從而改善整個電池組的自放電，實現延長鋰電池存放時間的目的，保證用戶使用完用電器而不充電的情況下可以儲存較長的時間。

具體實施方式

本石墨烯摻雜的鋰電正極材料按重量份計，由以下組分按照所示比例制備而成，氧化石墨烯5~15、活性材料85~95、功能性材料5~10、導電材料4~8、粘結材料4~8。所述功能性材料為60%的硝酸鐵鋰溶液。所述正極材料為鎳酸鋰。所述導電劑為鱗片石墨

本石墨烯摻雜的鋰電正極材料制備方法包括以下步驟：

（1）取石墨與硝酸鈉，以質量比2:1比例，置于一定量冰浴的濃硫酸中，攪拌下加入3倍于所述石墨質量的高鎳酸鉀，混合均勻，控制溫度低于20℃攪拌1 h左右，然后升高溫度至32~38℃反應2 h，緩慢滴加定量去離子水，充分攪拌均勻，待體系溫度下降時加入雙氧水終止反應，抽慮、洗滌、干燥；加熱攪拌的過程中，加入一定量已分散均勻的碳納米管乙二醇漿液，再繼續攪拌2 h；制得氧化石墨烯；

（2）將氧化石墨烯、活性材料、功能性材料、導電材料、粘結材料混合均勻，分散在體積比為3:1的水和丙酮的混合溶劑、水或氯仿中，超聲或者攪拌，使其完全均勻地分散；

（3）在冰水浴和惰性氣氛保護下，加入過硫酸銨水溶液或FeCl₃的氯仿溶液，恒溫下攪拌反應24h，然后將反應產物離心分離，洗滌，放入60℃的真空干燥箱中烘干，研磨至粉末。

本發明包括但不限于上述實施方式，任何符合本權利要求書描述的產品，均落入本發明的保護范圍之內。