[發(fā)明專利]溶劑輔助還原劑法制備石墨烯復合富鋰正極材料的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810570567.0
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108832086A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 溫廣武;王楨
• 申請（專利權(quán)）人: 山東理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料和石墨烯復合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種溶劑輔助還原法制備石墨烯復合富鋰正極材料的方法。該方法按以下步驟進行：（1）制備富鋰正極材料：將鎳鈷錳金屬鹽溶液與碳酸鈉和氨水溶液在反應釜中，發(fā)生共沉淀發(fā)應，將沉淀清洗干燥，加鋰鹽球磨后高溫煅燒數(shù)小時，得到富鋰正極材料。（2）制備復合材料：將氧化石墨烯溶于溶劑后加入還原劑和富鋰正極材料，滴加氨水反應，得到石墨烯復合富鋰正極材料。本發(fā)明制備的石墨烯純度更高，與富鋰正極材料復合程度高，其高電導率和特殊的二維網(wǎng)狀傳輸結(jié)構(gòu)提高材料的電子導電性能，降低了極化，富鋰正極材料的倍率性能和循環(huán)性能得到明顯提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料和石墨烯復合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種溶劑輔助還原法制備石墨烯復合富鋰正極材料的方法。

背景技術(shù)

近年來，為應對汽車工業(yè)迅猛發(fā)展帶來的諸如環(huán)境污染、石油資源急劇消耗等負面影響，各國都在積極開展采用清潔能源的電動汽車EV以及混合動力電動車HEV的研究.。隨著新能源如電動汽車、儲能電站的蓬勃發(fā)展，人們對下一代高性能鋰離子電池的能量密度、功率密度和循環(huán)壽命提出了更高的要求。目前商業(yè)化的鋰離子電池主要采用LiCoO2作為正極材料，LiCoO2存在安全性和耐過充性問題，Co屬于稀有資源，價格昂貴，且金屬鈷容易對環(huán)境造成污染。而LiNiO2的穩(wěn)定性差，容易引起安全問題，需在氧氣氣氛下合成，并且容易發(fā)生陽離子混排和生成非化學計量結(jié)構(gòu)化合物。層狀LiMnO2是一種熱力學不穩(wěn)定材料，容量雖高，但是在充放電過程中層狀結(jié)構(gòu)會向尖晶石型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，導致比容量衰減快，電化學性能不穩(wěn)定。LiMn2O4在循環(huán)過程中容易發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變以及錳離子的溶解和Jahn-Teller效應，導致電池容量衰減。LiFePO4由于其在價格便宜和高安全性方面的優(yōu)勢，而倍受重視，但該材料電導率低，且振實密度小，因而，其應用領(lǐng)域依然受到很大限制。

富鋰正極材料充電電壓較高，需達到4.8V，此電壓下可激活Li₂MnO₃，從而獲得高達200mAh/g以上的比容量，商業(yè)化有望獲得300Wh/Kg的比能量，但該材料首次充放電不可逆容量損失達40~100mAh/g，由于受到電解液的侵蝕，材料的循環(huán)性不佳，以及倍率放電性能較差等問題。目前改進方法主要包括離子摻雜和表面包覆，希望提高材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,或防止電解液與材料直接接觸而導致的Mn溶解。

石墨烯是一種只有一個碳原子厚度的二維材料，其碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格結(jié)構(gòu)。其具有良好的化學穩(wěn)定性、優(yōu)異的導電性和機械柔性，在鋰離子電池中的改性應用中已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注。石墨烯用于對正極材料改性，可利用其高電導率和特殊的二維網(wǎng)狀傳輸結(jié)構(gòu)提高材料的電子導電性能，從而改善電池倍率性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種溶劑輔助還原劑法制備石墨烯復合富鋰正極材料的方法，該方法將石墨烯與富鋰正極材料復合，工藝流程簡單溫和、復合材料倍率性能高、放電比容量高，充分改善富鋰正極材料的首圈效率低、循環(huán)穩(wěn)定性差的缺點。

本發(fā)明具體技術(shù)方案如下：

一種溶劑輔助還原劑法制備石墨烯復合富鋰正極材料的方法，所述富鋰正極材料為2x/3Li2MnO3·(1-x)LiMO2,(0＜x＜1，M=Ni，Co，Mn），其特征在于，按以下步驟進行：（1）制備富鋰正極材料：將鎳鈷錳金屬鹽溶液與碳酸鈉和氨水溶液在反應釜中，控制PH，溫度，轉(zhuǎn)速，發(fā)生共沉淀發(fā)應，將沉淀清洗干燥，加鋰鹽球磨后高溫煅燒數(shù)小時，得到富鋰正極材料。（2）制備復合材料： 將氧化石墨烯溶于溶劑，超聲分散，后加入還原劑和富鋰正極材料，滴加氨水調(diào)節(jié)至堿性，攪拌混合，在帶回流器的錐形瓶中油浴攪拌反應，結(jié)束后過濾清洗，真空干燥后得到石墨烯復合富鋰正極材料。