[發明專利]化學還原氧化石墨烯/鎂改善鎳鈷錳酸鋰電化學性能的方法

有效

• 申請號: 201610070337.9
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105489884B
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 郭守武;馮碩;沈文卓;吳海霞
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M4/1391;H01M10/0525
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種化學還原氧化石墨烯/鎂改善鎳鈷錳酸鋰電化學性能的方法，通過將含氧化石墨烯和可溶性鎂鹽混合溶解于水中形成處理液，然后加入鎳鈷錳酸鋰粉末，利用鎂離子與氧化石墨烯上官能團的結合，經一次分散操作實現在鎳鈷錳酸鋰粉末的表面形成鎂離子和化學還原氧化石墨烯的導電復合層。本發明反應條件溫和，操作過程和工藝簡單，復合層生成過程中無需添加有機溶劑、表面活性劑、還原劑和氧化劑，生產成本低。導電復合層的生成，可明顯的提高鎳鈷錳酸鋰的倍率充放電性能。

技術領域

本發明涉及的是一種鋰電池領域的新材料，具體是一種化學還原氧化石墨烯/鎂改善鎳鈷錳酸鋰電化學性能的方法。

背景技術

為了順應當今低碳環保的世界潮流，對新一代綠色動力能源的開發和研究越來越迫切。鋰離子電池作為一種高能綠色電池，以其高容量、高工作電壓、壽命長、循環性好、環境污染小以及安全性高等優點而得到廣泛的應用。與目前負極材料相比，正極材料的容量密度和功率密度都相對較低，已成為制約鋰離子電池整體性能提高的主要因素。

鎳、鈷、錳三元材料LiNi_xCo_1-x-yMn_yO₂因其放電容量高、循環性能穩定以及安全廉價等優點，成為最有潛力取代LiCoO₂大規模應用的正極材料之一，但三元材料振實密度偏低，工業加工難度大，循環性能與倍率性能較差，需要進一步改性才能發揮其優勢。

經過對相關文獻的檢索發現，對鎳鈷錳酸鋰三元材料的改性主要包括摻雜和金屬氧化物的表面包覆，摻雜雖然可以提高電池的部分電化學性能，但是摻雜離子的團聚會起到適得其反的作用；金屬氧化物的表面包覆可以提高三元材料對電解液的抗腐蝕能力，但是會降低材料的電導率，且工藝較復雜，該技術的實施時間也較長。

中國專利文獻號CN201510659208.9，公開(公告)日2015.10.14，公開了一種鎳鈷錳酸鋰/石墨烯/碳納米管復合正極材料及制備方法。復合正極材料由LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、Graphene和CNTs組成，Graphene與CNTs所占的質量百分百含量為0.1％～20％，Graphene與CNTs的質量比為10:1～1:10；其制備方法為：以Graphene與CNTs的穩定懸濁液，鎳、鈷、錳的乙酸鹽或硝酸鹽及碳酸鋰為原料，通過流變相法制備鎳鈷錳酸鋰/石墨烯/碳納米管復合正極材料。但該技術步驟較復雜，原料較多，時間較長，且需要在工藝上嚴格控制反應溫度。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種化學還原氧化石墨烯/鎂改善鎳鈷錳酸鋰電化學性能的方法，工藝簡單、結合度和均勻性好。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種表面含化學還原氧化石墨烯層的鎳鈷錳酸鋰的制備方法，將含氧化石墨烯和可溶性鎂鹽混合溶解于水中形成處理液，然后加入鎳鈷錳酸鋰粉末，利用鎂離子與氧化石墨烯上官能團的結合，經一次分散操作實現在鎳鈷錳酸鋰粉末的表面形成鎂離子和化學還原氧化石墨烯的導電復合層。

所述的處理液中的化學還原氧化石墨烯、鎂鹽和去離子水的質量比為(0.6～6×10^-5)：(0.6～6×10^-4)：1。

所述的鎳鈷錳酸鋰粉末與處理液的質量比為(0.3～1.7×10^-2)：1。

所述的可溶性鎂鹽采用但不限于氯化鎂、硫酸鎂等。

所述的機械攪拌，優選為攪拌速度400～600轉/min的條件下攪拌5～30min。

所述的鎳鈷錳酸鋰粉末，優選經過一次分散操作后進行水洗和干燥。