[發明專利]一種包覆氮摻雜石墨烯三元材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710619872.X
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107403918A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 姜倩倩;李潔;唐建國;崔學偉;李海東;張曉琳
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/194
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙)37104
• 代理人: 張世功

1.一種包覆氮摻雜石墨烯三元材料的制備方法具體包括以下步驟：

S1、將三元材料前驅體和一定量的鋰源，研磨混合均勻制得樣品；

S2、將一定量易揮發溶劑中加入到S1中的樣品中；

S3、將S2中加入易揮發溶劑后的樣品進行攪拌球磨；

S4、將攪拌球磨后的樣品置于80～100℃烘箱中干燥6～10h制得干燥后的樣品備用；

S5、將干燥后的樣品放入管式爐中，再將管式爐中通入空氣或者氬氣，再將管式爐進行勻速升溫，加熱煅燒后制得所需的三元材料；

S6、將得到的三元材料與一定比例的氧化石墨烯混合，加入一定量的水稀釋，然后進行細胞粉碎一段時間，制得粉碎后的樣品；

S7、將粉碎后的樣品放入管式爐中，通入氨氣，勻速升溫，加熱煅燒，即制得包覆氮摻雜石墨烯的三元材料，利用氨氣在一定溫度的還原作用和氮摻雜作用，能夠使三元材料包覆上石墨烯的同時并將石墨烯進行了氮摻雜，從而得到包覆氮摻雜石墨烯三元材料。

2.根據權利要求1所述的一種包覆氮摻雜石墨烯三元材料的制備方法，其特征在于所述的三元材料前驅體的原料包括鎳鹽、鈷鹽和錳鹽；所述的鋰源為單水氫氧化鋰、醋酸鋰或硝酸鋰中的任意一種，所述鎳源為二氧化鎳、醋酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳或硫酸鎳中的任意一種，所述鈷源為四氧化三鈷、醋酸鈷、硝酸鈷、氯化鈷或硫酸鈷中的任意一種，所述錳源為二氧化錳、醋酸錳、硝酸錳、氯化錳或硫酸錳中的任意一種；所述的易揮發溶劑為乙醇、甲醇或丙酮中的任意一種。

3.根據權利要求1所述的一種包覆氮摻雜石墨烯三元材料的制備方法，其特征在于所述的鋰源和鎳、鈷、錳源按原子計量摩爾比，Li：(Ni:Co:Mn)＝3:(1:1:1)，即鋰原子與金屬原子的摩爾比為1:1；所述鋰源、鎳、鈷和錳源的混合物與易揮發溶劑的質量比為1:0.8～1:1.2。

4.根據權利要求1所述的一種包覆氮摻雜石墨烯三元材料的制備方法，其特征在于所述的球磨的轉速為400～500r/min，時間為1～4h。

5.根據權利要求1所述的一種包覆氮摻雜石墨烯三元材料的制備方法，其特征在于所述的通入空氣或氬氣時的通氣速率為5～10sccm，通氣的時間為16～24h；通入氨氣的通氣速率為4～8sccm，通氣的時間為1.5～3.5h。

6.根據權利要求1所述的一種包覆氮摻雜石墨烯三元材料的制備方法，其特征在于本發明所述的勻速升溫、勻速降溫的速率均為10℃/min。

7.根據權利要求1所述的一種包覆氮摻雜石墨烯三元材料的制備方法，其特征在于所述的三元材料與氧化石墨烯的質量比1:1.05，加入水的體積為總固體體積的1.5-2.5倍。

8.根據權利要求1所述的一種包覆氮摻雜石墨烯三元材料的制備方法，其特征在于所述的三元材料與氧化石墨烯用細胞粉碎機進行細胞粉碎在冰浴下使其混合均勻，所述細胞粉碎時間為20～60min。

9.根據權利要求1所述的一種包覆氮摻雜石墨烯三元材料的制備方法，其特征在于制備的包覆氮摻雜石墨烯三元材料在電池材料的應用。

10.根據權利要求1-9中任一權利要求所述的一種包覆氮摻雜石墨烯三元材料的制備方法，其特征在于對本發明所制備的包覆氮摻雜石墨烯三元材料組裝電池的可逆性進行測試，測試結果顯示在3.6V有個放電平臺，證明包覆氮摻雜石墨烯的三元材料在3.6V平臺可逆性好；對本發明所制備的包覆氮摻雜石墨烯三元材料的首次放電比容量進行測試，本發明所述方法合成的LiMn₂O₄正極材料的首次放電比容量為218.6mAh·g^-1，證明包覆氮摻雜石墨烯的三元材料的首次放電比容量高；對本發明所制備的包覆氮摻雜石墨烯三元材料的組裝電池的循環性能進行測試，本發明所述方法合成的包覆氮摻雜石墨烯三元材料正極材料的首次比容量是218.6mAh·g^-1，經過100圈充放電循環后，比容量仍然可以達到201.6mAh·g^-1，其容量保持率為3.54％，證明合成的包覆氮摻雜石墨烯三元材料具有優異的循環穩定性能。