[發明專利]一種氧化石墨烯有機溶劑制備石墨烯復合三元材料的方法

有效

• 申請號: 201410375935.8
• 申請日: 2014-08-01
• 公開（公告）號: CN104157845A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 楊偉;王勝偉;王瑛;王玉強;趙成龍;陳欣;陳建偉;莊潔;晁艷華
• 申請（專利權）人: 山東玉皇新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/1399
• 分類號: H01M4/1399;H01M4/1393
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張貴賓

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料領域，特別涉及一種氧化石墨烯有機溶劑制備石墨烯復合三元材料的方法。

背景技術

LiCoO₂作為鋰離子電池的第一代正極材料，具有合成簡單，不可逆容量損失小和循環穩定性能好的優點。隨著社會不斷進步，對于鋰離子充電電池來說，需要更高的容量和功率密度，以及對環境影響最小化和更好的可逆性。而LiCoO₂?應用于大功率設備時，如純電動車、混合動力汽車表現出越來越多難以解決的問題。

三元材料LiNi_xCo_yMn_zO₂（x+y+z＝1）具有高的比容量（實際比容量大于LiNiO₂）、優良的循環性能、環境友好性和安全性能突出等優點，成為近年來的研究熱點。但其自身還存在一些問題，如：首次充放電效率低，結構穩定性能差，導電性差，高壓實下倍率性能發揮差等。

石墨烯是由單層sp²碳原子組成的六方蜂巢狀二維結構，在理論上，其比表面積高達2600m²/g，室溫下電子遷移率達到15000cm²/(V·S)，導熱性能達到3000W／(m·K），具有較高的機械強度和柔韌性，被視為優選的電池導電材料。但是石墨烯與正極材料復合較難制備出均勻的復合產物，但是氧化石墨烯具有很高的比表面積和表面多種官能團，能夠與無機有機之間進行一些化學反應，其復合材料大多為均勻，比如CN102544516A公開了一種氧化石墨烯包覆磷酸鐵鋰的制備方法。

發明內容

本發明為了彌補現有技術的不足，提供了一種氧化石墨烯有機溶劑制備石墨烯復合三元材料的方法，該方法制備出的石墨烯復合三元材料具有良好的倍率性能。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種氧化石墨烯有機溶劑制備石墨烯復合三元材料的方法，所述三元材料為?LiNi_xCo_yMn_zO₂，x+y+z＝1，0.2≤x≤0.6，0.1≤y≤0.4，0.2≤z≤0.5；復合三元材料化學通式為Graphene/?LiNi_xCo_yMn_zO₂，其特征在于：包括如下步驟：

（1）前期處理：將三元材料LiNi_xCo_yMn_zO₂置于烘箱中，在120～200℃下干燥1～3?h；冷卻后研磨，放入干燥器中備用；

（2）制備氧化石墨烯有機溶液：將氧化石墨烯溶液取適量分散于反應釜中，按一定體積比加入有機溶劑，制備出氧化石墨烯分散液；

（3）根據氧化石墨烯與LiNi_xCo_yMn_zO₂復合的質量百分比，稱量步驟（1）所得的LiNi_xCo_yMn_zO₂粉末，將其分為3-6次加入步驟（2）的反應釜中，密封反應釜進行攪拌，使LiNi_xCo_yMn_zO₂與氧化石墨烯充分混合；

（4）加熱反應釜，設定加熱溫度及加熱時間，反應完成后，自然冷卻，抽濾，用有機溶劑洗滌，得到氧化石墨烯與三元材料LiNi_xCo_yMn_zO₂的復合物；

（5）將步驟（4）所得復合物放入還原氣氛中燒結，設定燒結溫度和燒結時間，燒結完成后自然冷卻，研磨過200目篩得到最終石墨烯復合三元材料Graphene/?LiNi_xCo_yMn_zO₂。

步驟（2）所述有機溶劑為：甲醇，乙醇，正丙醇，異丙醇，正丁醇，仲丁醇，叔丁醇。的一種或幾種的混合液。

步驟（2）所述的氧化石墨烯溶液的質量濃度為10～60mg/ml，有機溶劑與氧化石墨烯分散液的體積比為1~10:1。

步驟（3）所述的氧化石墨烯與三元材料復合的質量百分比為0.5～10：100，優選0.5～5：100

步驟（4）中所述的洗滌過程使用步驟（2）中的有機溶劑進行洗滌。