[发明专利]一种层状富锂锰基/石墨烯纳米带正极复合材料的制备方法

说明书

一种层状富锂锰基/石墨烯纳米带正极复合材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。本发明采用化学共沉淀法制备得到一种层状富锂锰基正极材料，并进一步制备得到一种层状富锂锰基/石墨烯纳米带正极复合材料xLisubgt;2/subgt;MnOsubgt;3/subgt;·(1‑x)LiNisubgt;0.65‑y/subgt;Cosubgt;y/subgt;Mnsubgt;0.35/subgt;Osubgt;2/subgt;@GNRs(0＜x＜1，0≤y≤0.3)。其中，结晶度高、阳离子混排低的富锂锰基颗粒和石墨烯纳米带相互缠绕成三维多孔网络结构，石墨烯纳米带的包裹能够保护富锂锰基颗粒主体不受HF的侵蚀，有利于改善其高压安全性和热稳定性；三维多孔网络结构能够有效提高富锂锰基正极材料的表面电导率，该结构有利于降低富锂锰基正极材料在充放电过程中的电化学极化，显著改善倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及锂离子电池技术领域中一种正极材料，更具体的涉及一种层状富锂锰基/石墨烯纳米带正极复合材料的制备方法。

背景技术

在新能源行业，锂离子电池因具有能量密度高、安全性好、成本低且环境友好等优点，在便携电子设备、电动汽车和大型储能等领域得到了研究者的广泛关注。现阶段，商品化的锂离子电池正极材料主要有LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄等。其中，由于钴为战略稀缺资源，成本较高且具有毒性，使得LiCoO₂的进一步应用受到限制；而在循环过程中，由于LiMn₂O₄容易发生锰离子的溶解和晶型转变，且具有Jahn-Teller效应，使用其作为正极的锂离子电池容量衰减较快；LiFePO₄具有低成本、稳定性好且安全性高等特点，但该材料振实密度较小且电导率低，其应用领域依然具有很大的限制。

富锂锰基固溶体正极材料较由于具有较高的可逆比容量(200～300mAh·g^-1)、较高的工作电压(＞4.5V)、较好的循环稳定性、良好的热稳定性和低成本等优点而成为了锂离子电池正极材料的研究热点。共沉淀法因具有产物粒度分布均匀、工艺过程简单、易于控制等优点，成为目前制备富锂锰基正极材料的主要方法之一。专利号为201210356523.0的发明专利“一种高振实密度球形富锂锰基正极材料的合成方法”，采用碳酸钠共沉淀制备得到高振实密度的富锂锰基正极材料Li₂MnO₃·LiMnO₂。但是，富锂锰基正极材料所具有的较低的电导率、离子迁移率等缺点，导致其具有较差的倍率性能；而且，在充放电过程中，电解液中生成的HF也会对正极材料的结构产生腐蚀作用，导致材料的结构稳定性降低，同时，由于该正极材料在充电至高压时(≥4.5V)会脱出Li₂O，可能导致阳离子占据氧空位或Li位，进而降低其层状结构的有序度，容易导致结构坍塌，使得正极材料在充放电过程中具有较低的循环性能。以上缺点也成为限制富锂锰基正极材料进一步发展的主要因素。

准一维的石墨烯纳米带(GNRs)因具有较好的导电性、开放的片层、较大的比表面积以及一维柔性等特点，成为一种非常有潜力的新型碳纳米导电剂材料。