[发明专利]一种石墨烯基复合镍钴铝钛四元材料的制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯基复合镍钴铝钛四元正极材料的制备方法，通过化学共沉淀法制备出镍钴铝钛四元材料；将固体碳源与镍钴铝钛四元材料按质量比为3:0.1‑1进行混合、球磨，得到混合物；将混合物通过有机蒸发镀膜仪将其蒸发到硅基体表面，得到样品A；将金属催化剂均匀地蒸镀在样品A的表面，即可得到样品B；将样品B置于石英管中，再置于管式炉中进行真空烧结，即得到完美包覆的石墨烯基镍钴铝钛四元正极材料。其可以大大改善正极材料的导电性与安全性能，显著提高锂离子电池的比能量与比功率，并增加正极材料的导电性与稳定性。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料，具体涉及一种石墨烯基复合镍钴铝钛四元正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池相比于其他传统的镍镉电池、镍氢电池和铅酸电池等具有以下优点：比能量高、功率密度大、循环寿命长、对环境没有污染等优点，是目前便携式电子产品的可充电电池主要选择对象。但是因为正极材料的比容量较低，且又需要额外负担负极的不可逆容量损失，因此提高正极材料的能量密度与安全性一直是锂离子电池研究的关键所在。层状镍钴铝钛四元材料具有高比能量、成本较低、循环性能稳定等优点，可有效弥补钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂各自的不足，因此四元材料的开发成为正极材料领域的研究热点。

石墨烯作为一种二维六方晶格结构的新型层状碳材料，它是由sp2 杂化的碳原子构成，其结构为紧密排列并呈现二维蜂窝状格子，同时具有非常高的导电性和非常大的比表面积；石墨烯具有良好的导电性和稳定性决定了它可以作为导电基体制备纳米复合材料，可以改进复合材料的导电性；石墨烯的二维纳米层状结构以及较大的比表面积，又使其可以增加复合改性材料的导电性与稳定性。因此，将四元镍钴铝钛正极材料与石墨烯进行复合，制备一种新型的石墨烯基复合镍钴铝钛四元正极材料，可以大大改善正极材料的导电性与安全性能，显著提高锂离子电池的比能量与比功率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种石墨烯基复合镍钴铝钛四元正极材料的制备方法，本发明制备的石墨烯基复合镍钴铝钛四元正极材料具有高的导电性和稳定性，从而克服现有技术中正极材料导电性能不高以及比能量低等问题。

本发明的技术方案如下： 一种石墨烯基复合镍钴铝钛四元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）通过化学共沉淀法制备出镍钴铝钛四元材料Li(Ni_xCo_yAl_zTi_z)O₂，其中x+y+2z=1, 0.7≤x<1, 0.05≤y≤0.1, 0.05≤z≤0.1；

（2）将固体碳源与镍钴铝钛四元材料按质量比为3:（0.1-1）进行混合、球磨，得到混合物；

（3）将混合物通过有机蒸发镀膜仪将其蒸发到硅基体表面，得到样品A；

（4）将样品A再放入有机蒸发镀膜仪中，将金属催化剂均匀地蒸镀在样品A的表面，即可得到样品B；

（5）将样品B置于石英管中，再置于管式炉中进行真空烧结，即得到包覆的石墨烯基镍钴铝钛四元正极材料。

进一步方案，所述步骤（1）中的镍钴铝钛四元材料的制备如下：按照镍钴铝钛四元材料中镍、钴、铝、钛四元素的摩尔比，将硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝、硫酸氧钛与去离子水混合配制为镍钴铝钛混合溶液；再将镍钴铝钛混合溶液、酒石酸钠溶液和碳酸钠溶液一起加入反应器中进行搅拌反应；反应沉淀物经过滤、洗涤、干燥，得球形碳酸盐前驱体；再将球形碳酸盐前驱体与碳酸锂进行球磨混合，并在氧气气氛下煅烧，即可得到镍钴铝钛四元材料Li(Ni_xCo_yAl_zTi_z)O₂，其中x+y+2z=1, 0.7≤x<1, 0.05≤y≤0.1, 0.05≤z≤0.1。