[發明專利]石墨烯鋰電池正極材料制備方法

在審

• 申請號: 201810593854.3
• 申請日: 2018-06-11
• 公開（公告）號: CN108807897A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 丘煥山
• 申請（專利權）人: 四會市恒星智能科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 合肥中博知信知識產權代理有限公司 34142
• 代理人: 徐俊杰

本發明公開一種石墨烯鋰電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：1)制備石墨烯分散液；2)配制前軀體；3)將步驟1)和2)的按照重量比為1:12～1:10的比例混合均勻，加熱至60℃，將制得的混合料烘干，在氮氣保護下置于輥道爐中，500～510℃加熱6～8個小時，自然冷卻至80℃，將冷卻的粉末放入球磨機球磨，球磨后再次置于輥道爐中，970～980℃燒結8～10個小時，燒結完成后自然冷卻，得最終產物。本發明的方法使得石墨烯的分散性高，在用作電極材料的時候可以顯著提高石墨烯鋰電池的性能，特別適用于家用智能設備。

技術領域

本發明涉及鋰電池材料領域，具體涉及一種石墨烯鋰電池正極材料的制備方法。

背景技術

石墨烯是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。

石墨烯中各碳原子受外部機械力后，碳原子面會發生彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應外力，進而使得石墨烯的結構非常穩定，這種穩定的晶格使得電子在軌道中移動時受到的干擾也非常小。

石墨烯具有非常好的熱傳導性能。純的無缺陷的單層石墨烯的導熱系數高達5300W/mK，是目前為止導熱系數最高的碳材料，高于單壁碳納米管(3500W/mK)和多壁碳納米管(3000W/mK)。當它作為載體時，導熱系數也可達600W/mK。此外，石墨烯的彈道熱導率可以使單位圓周和長度的碳納米管的彈道熱導率的下限下移。石墨烯的高導熱率有利于釋放在電池系統中高電流載荷產生的熱量。

目前市場上使用的鋰電池電極存在電導率和功率密度較低的問題，通過在前軀體中添加有機碳源和高價金屬離子的辦法改善材料的導電性。目前關于鋰電池中使用石墨烯的研究很多，但石墨烯表面特性受化學狀態影響較大，且石墨烯的分散性影響電極材料的倍率性能和強度性能。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種石墨烯鋰電池正極材料的制備方法，使得石墨烯的分散性高，在用作電極材料的時候可以顯著提高石墨烯鋰電池的性能，特別適用于家用智能設備。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種石墨烯鋰電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

1)制備石墨烯分散液：將石墨烯粉末和N-甲基吡咯烷酮按照一定質量比混合，超聲分散30min后轉移到反應釜中，通入氮氣至壓力為40atm保持30min，然后緩慢泄壓至常壓；超聲分散使得分散液更均勻，在氮氣低壓的保護作用下，達到更好的分散效果。

2)配制前軀體：將碳酸鋰、碳酸鎳、碳酸錳、乙酸鐵、氧化鈷按一定比例稱取原料并混合均勻，使得原料的摩爾比為Li:Ni： Co:Mn:Fe＝1.5:0.212:0.212:0.621:0.5，將混合均勻的原材料放入攪拌式球磨機進行機械活化；活化后的材料經過閉式循環噴霧干燥法造粒，具體步驟為：將活化后的材料泵入噴霧干燥機，噴霧干燥機進風口溫度為100～110℃，出風口溫度為70℃，制得顆粒。

3)將步驟1)和2)的按照重量比為1:12～1:10的比例混合均勻，加熱至60℃，將制得的混合料烘干，在氮氣保護下置于輥道爐中， 500～510℃加熱6～8個小時，自然冷卻至80℃，將冷卻的粉末放入球磨機球磨，球磨后再次置于輥道爐中，970～980℃燒結8～10個小時，燒結完成后自然冷卻，得最終產物。

進一步的，所述的步驟1)中石墨烯與N-甲基吡咯烷酮的質量比例為1:100-1:50；

進一步的，步驟2)中所述的機械活化時球料比為8:1，轉速為 110r/min，活化時間為2h。

進一步的，步驟1)中所述的氮氣的純度為99.99％，氧化石墨烯的有效物質含量＞99％。