[發(fā)明專利]一種石墨烯復合鋰離子電池三元正極材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410370211.4
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104157854A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設計）人: 宋春華;王勝偉;王瑛;趙成龍;陳欣;王新鵬;曾懷政;楊偉
• 申請（專利權）人: 山東玉皇新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張貴賓

1.一種石墨烯復合鋰離子電池三元正極材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）控制結晶-共沉淀法制備三元正極材料前驅體：

配制鎳鹽、錳鹽和鈷鹽的混合水溶液，鎳錳鈷離子總濃度為1.0-3.0?mol/L，其中鎳錳鈷的摩爾比x：y：z=0.30-0.90：0.05-0.80：0.05-0.50，x+y+z=1，配置沉淀劑的濃度為1.0-10.0?mol/L，配置絡合劑的濃度為2.0-10.0?mol/L，將上述鎳錳鈷的混合鹽水溶液、沉淀劑、絡合劑分別用3個計量泵并流加入到有10?L打底液的反應釜中，反應釜體積為20?L，打底液為去離子水，調(diào)節(jié)混合鹽溶液、沉淀劑和絡合劑的流速，控制反應釜中絡合劑的含量為3.0-15.0?g/L，反應液的pH值為8.0-12.5，控制反應釜內(nèi)的溫度為30-65℃，反應物料連續(xù)從頂部溢流出料，將反應物料轉移到壓濾器中，用40-60℃的熱水壓濾洗滌至洗滌液的pH值低于8.0，在80-150℃下烘干6-15小時，粉碎過300目篩網(wǎng)，得到平均粒徑3-20?μm的球形或類球形粉體顆粒；

（2）制備鋰離子電池三元正極材料：

將鋰鹽與上述三元正極材料前驅體按鋰比金屬離子摩爾量為1.02-1.12球磨或高速攪拌混合均勻，在空氣或純氧氣氛下，先在400-800℃下預燒2-10小時，然后升溫，在650-1000℃下燒結6-24小時，自然冷卻，粉碎過300目篩網(wǎng)，制備出平均粒徑3-20?μm的球形或類球形鋰離子電池三元正極材料，其分子式為LiNi_xMn_yCo_zO₂，其中x=0.30-0.90，y=0.05-0.80，z=0.05-0.50，x+y+z=1；

（3）制備石墨烯復合鋰離子電池三元正極材料：

將石墨烯或氧化石墨烯與分散劑、溶劑混合超聲分散或機械攪拌，形成石墨烯或氧化石墨烯分散液，加入上述三元正極材料到分散液中，球磨或高速攪拌混合均勻，真空干燥，然后在氮氣、氬氣或氫氬混合氣保護下，?300-900℃加熱0.2-10小時，自然冷卻，粉碎過300目篩網(wǎng)，制備得到產(chǎn)品。

2.根據(jù)權利要求1所述的石墨烯復合鋰離子電池三元正極材料的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，將鋰鹽與上述三元正極材料前驅體按鋰比金屬離子摩爾量為1.02-1.12球磨或高速攪拌混合均勻，在空氣或純氧氣氛下，以3-10℃/min升溫，于400-800℃下預燒2-10小時，再以1-5℃/min升溫，在650-1000℃下燒結6-24小時，自然冷卻，粉碎過300目篩網(wǎng)，制備出平均粒徑3-20?μm的球形或類球形鋰離子電池三元正極材料，

步驟（3）中，石墨烯或氧化石墨烯分散液，加入上述三元正極材料到分散液中，球磨或高速攪拌混合均勻，100℃真空干燥12小時，在氮氣、氬氣或氫氬混合氣保護下，以3-10℃/min升溫，300-900℃加熱0.2-10小時，自然冷卻，粉碎過300目篩網(wǎng)，制備得到產(chǎn)品。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的石墨烯復合鋰離子電池三元正極材料的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，所得產(chǎn)品中，石墨烯或氧化石墨烯即單層，或2-30層，尺寸介于5?nm-50?μm，石墨烯或氧化石墨烯復合量為三元正極材料質(zhì)量分數(shù)的0.1-3.0%。

4.根據(jù)權利要求1或2所述的石墨烯復合鋰離子電池三元正極材料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述的鎳鹽、錳鹽、鈷鹽為硝酸鹽、硫酸鹽、氯化鹽、乙酸鹽中的至少一種。

5.根據(jù)權利要求1或2所述的石墨烯復合鋰離子電池三元正極材料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述的沉淀劑為氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸氫銨中的至少一種。

6.根據(jù)權利要求1或2所述的石墨烯復合鋰離子電池三元正極材料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述的絡合劑為檸檬酸、氨水、乙二胺四乙酸二鈉中的至少一種。

7.根據(jù)權利要求1或2所述的石墨烯復合鋰離子電池三元正極材料的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述的鋰鹽為硝酸鋰、碳酸鋰、氫氧化鋰、氯化鋰、乙酸鋰中的至少一種。