[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

技術領域：

本發明屬于電池材料制備技術領域，涉及一種鋰離子電池正極材料制備方法，特別是一種包覆氮摻雜石墨烯三元材料的制備方法。

背景技術：

鋰離子電池是在鋰金屬二次電池的基礎上發展起來的新型二次電池。目前，鋰離子電池的研究熱點之一是開發具有高電壓、高容量、高可靠性和良好循環性能的正極嵌入材料，該材料可以提供大量的自由嵌入和脫嵌的鋰離子。鋰離子電池以鋰嵌入化合物作為正極，正極材料是鋰離子電池的關鍵材料之一，它的性能和價格直接影響到鋰離子電池的性能和價格。正極材料比容量增加50％，電池重量比容量將提高28％，而負極材料比容量增加50％，電池重量比容量僅提高13％，同時正極材料還需額外負擔負極材料的不可逆容量損失，因此世界各國在正極材料的研究和開發上傾注了大量的人力、財力和物力。LiCoO₂是鋰離子電池較好的正極材料，具有容量穩定、循環性能好等優點，是商業化鋰離子電池最早使用的正極活性材料。但鈷資源緊缺，價格昂貴并且有毒，Li_xCoO₂(0<x≤1)的理論容量為274mAh·g^-1[9]，但在實際的循環過程中，當x>0.55時，Li_1-xCoO₂結構將不穩定，因此，LixCoO₂在實際應用中可發揮的容量不超過150mAh·g^-1。LiNiO₂由于價格便宜，污染小，容量高，因而一度成為鋰離子電池研究與開發的熱點。但是LiNiO₂正極材料在合成過程中，不可避免的會有部分Ni分布在Li層中，這一方面導致電池初循環出現較大的不可逆容量。LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂充分綜合LiCoO₂良好的循環性能、LiNiO₂的高比容量和LiMnO₂的高安全性及低成本等優點，形成一個LiCoO₂/LiNiO₂/LiMnO₂的共熔體系，其綜合性能優于任一單組分化合物。2001年由Ohzuku首次合成的Li[Ni_xCo_1-2xMn_x]O₂體系中當x＝1/3的特例LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，由于其穩定的循環性能，優異的熱穩定性和倍率性能在鋰離子電池正極材料的研究中吸引了廣泛的興趣。它被認為是正極材料的最佳候選者之一，被認為是最有前途的可替代LiCoO₂的材料。但是，這種材料在較高截止電壓和較大電流下的電化學性能還有待提高。Kageyama等人的研究表明，材料在高截止電壓和大電流下的容量的衰減主要是由于電極材料與電解液間的表面層不穩定所導致。因此，設計制備一種包覆氮摻雜石墨烯三元材料的制備方法來合成改性的三元材料，使其擁有更好的電化學性能，從而滿足工業化生產對材料的要求。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺陷，提供一種包覆氮摻雜石墨烯三元材料的制備方法，該方法操作簡單方便、成本低廉、利于工業化生產，并且制備出的材料能夠作為鋰離子電池的正極材料。

為了實現上述目的，本發明涉及的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。