[發明專利]一種少層石墨烯改性富鋰錳基正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202111196141.1
• 申請日: 2021-10-14
• 公開（公告）號: CN113968592A
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 陳林;王萌;訚碩;劉吉云;紀方力;李亞玲;左玲立
• 申請（專利權）人: 北京機科國創輕量化科學研究院有限公司;中偉新材料股份有限公司;洛陽儲變電系統有限公司
• 主分類號: C01G45/12
• 分類號: C01G45/12;C01B32/19;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
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1.一種少層石墨烯改性富鋰錳基正極材料及其制備方法，其特征在于，該材料的分子式為xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，其中，M是Ni、Co、Mn、Cr、Mg、Al、Fe、Ru中的一種或幾種的組合，0x1。

2.根據權利要求1所述的少層石墨烯改性富鋰錳基正極材料的制備方法包括以下步驟：

(1)前驅體制備：在非還原氣氛中，將金屬鹽溶液與沉淀劑和絡合劑同時滴加入反應容器內，在30～70℃、pH＝7～10之間的條件下進行恒溫攪拌，反應完全后沉淀在30～70℃繼續陳化4～24h，所得沉淀采用去離子水過濾洗滌數次，在105℃下烘干，得到前驅體；

(2)取可膨脹石墨置于微波爐中進行膨脹，功率10kw，膨脹時間為10～60s，得到膨脹石墨A。

(3)將上述步驟(1)中所述前驅體和步驟(2)中膨脹石墨A溶于功能有機溶劑中，滴加一定量有機偶聯劑，攪拌預分散，形成混合溶劑B。其中，10～300mL功能有機溶劑加入0.1g膨脹石墨A；膨脹石墨A與前驅體材料的質量比為0.1～5％；有機偶聯劑與膨脹石墨A的質量比為1-50％；

(4)將步驟(3)中得到的混合溶劑B超聲剝離10-120min，輔以機械攪拌，攪拌速度為100-1000r/min，形成少層石墨烯改性前驅體懸濁液，常溫攪拌0.5h～2h，經洗滌數次后烘干，得到改性前驅體。

(5)將步驟(4)中的改性前驅體與一定量的含鋰化合物混合均勻，在惰性氣氛或空氣氣氛中以1～10℃/min的速度升溫至300～600℃煅燒1～5h，再以1～10℃/min的速度升溫至700～1200℃恒溫煅燒5～24h，經冷卻降溫得到富鋰錳基正極材料。

3.如權利要求2所述的一種少層石墨烯改性富鋰錳基正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的金屬鹽溶液為可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽、可溶性錳鹽、可溶性鉻鹽、可溶性鎂鹽、可溶性鋁鹽、可溶性鐵鹽、可溶性釕鹽中一種或幾種的混合溶液，混合溶液的金屬離子濃度為0.2～4mol/L。

4.如權利要求2所述的一種少層石墨烯改性富鋰錳基正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中的非還原氣氛為氮氣、氬氣、氧氣、空氣或為兩種以上按任意比例的混合物。

5.如權利要求2所述的一種少層石墨烯改性富鋰錳基正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中的絡合劑為氨水，氨水濃度0.1～2mol/L。

6.如權利要求2所述的一種少層石墨烯改性富鋰錳基正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中的沉淀劑為碳酸鈉，其中碳酸根離子的濃度為0.1～4mol/L。

7.如權利要求2所述的一種少層石墨烯改性富鋰錳基正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中的功能有機溶劑為丙酮、乙醇、甲苯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、氯仿或二氯甲烷等中的一種或兩種。

8.如權利要求2所述的一種少層石墨烯改性富鋰錳基正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中的有機偶聯劑為丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二辛基磷酰基鈦酸酯、螯合型磷酸酯鈦偶聯劑、復合型單烷氧基鈦酸酯、異硬脂酰基鈦酸酯中的一種或者兩種的。

9.如權利要求2所述的一種少層石墨烯改性富鋰錳基正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)中的含鋰化合物是氫氧化鋰、碳酸鋰、硝酸鋰中的一種或多種；含鋰化合物用量是化學計量比的1.00～1.60倍。