[发明专利]一种包覆氮掺杂石墨烯三元材料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于电池材料制备技术领域，涉及一种锂离子电池正极材料制备方法，特别是一种包覆氮掺杂石墨烯三元材料的制备方法。

背景技术：

锂离子电池是在锂金属二次电池的基础上发展起来的新型二次电池。目前，锂离子电池的研究热点之一是开发具有高电压、高容量、高可靠性和良好循环性能的正极嵌入材料，该材料可以提供大量的自由嵌入和脱嵌的锂离子。锂离子电池以锂嵌入化合物作为正极，正极材料是锂离子电池的关键材料之一，它的性能和价格直接影响到锂离子电池的性能和价格。正极材料比容量增加50％，电池重量比容量将提高28％，而负极材料比容量增加50％，电池重量比容量仅提高13％，同时正极材料还需额外负担负极材料的不可逆容量损失，因此世界各国在正极材料的研究和开发上倾注了大量的人力、财力和物力。LiCoO₂是锂离子电池较好的正极材料，具有容量稳定、循环性能好等优点，是商业化锂离子电池最早使用的正极活性材料。但钴资源紧缺，价格昂贵并且有毒，Li_xCoO₂(0<x≤1)的理论容量为274mAh·g^-1[9]，但在实际的循环过程中，当x>0.55时，Li_1-xCoO₂结构将不稳定，因此，LixCoO₂在实际应用中可发挥的容量不超过150mAh·g^-1。LiNiO₂由于价格便宜，污染小，容量高，因而一度成为锂离子电池研究与开发的热点。但是LiNiO₂正极材料在合成过程中，不可避免的会有部分Ni分布在Li层中，这一方面导致电池初循环出现较大的不可逆容量。LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂充分综合LiCoO₂良好的循环性能、LiNiO₂的高比容量和LiMnO₂的高安全性及低成本等优点，形成一个LiCoO₂/LiNiO₂/LiMnO₂的共熔体系，其综合性能优于任一单组分化合物。2001年由Ohzuku首次合成的Li[Ni_xCo_1-2xMn_x]O₂体系中当x＝1/3的特例LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，由于其稳定的循环性能，优异的热稳定性和倍率性能在锂离子电池正极材料的研究中吸引了广泛的兴趣。它被认为是正极材料的最佳候选者之一，被认为是最有前途的可替代LiCoO₂的材料。但是，这种材料在较高截止电压和较大电流下的电化学性能还有待提高。Kageyama等人的研究表明，材料在高截止电压和大电流下的容量的衰减主要是由于电极材料与电解液间的表面层不稳定所导致。因此，设计制备一种包覆氮掺杂石墨烯三元材料的制备方法来合成改性的三元材料，使其拥有更好的电化学性能，从而满足工业化生产对材料的要求。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种包覆氮掺杂石墨烯三元材料的制备方法，该方法操作简单方便、成本低廉、利于工业化生产，并且制备出的材料能够作为锂离子电池的正极材料。

为了实现上述目的，本发明涉及的包覆氮掺杂石墨烯三元材料的制备方法具体包括以下步骤：

S1、将三元材料前驱体和一定量的锂源，研磨混合均匀制得样品；

S2、将一定量易挥发溶剂中加入到S1中的样品中；

S3、将S2中加入易挥发溶剂后的样品进行搅拌球磨；

S4、将搅拌球磨后的样品置于80～100℃烘箱中干燥6～10h制得干燥后的样品备用；

S5、将干燥后的样品放入管式炉中，再将管式炉中通入空气或者氩气，再将管式炉进行匀速升温，加热煅烧后制得所需的三元材料；

S6、将得到的三元材料与一定比例的氧化石墨烯混合，加入一定量的水稀释，然后进行细胞粉碎一段时间，制得粉碎后的样品；

S7、将粉碎后的样品放入管式炉中，通入氨气，匀速升温，加热煅烧，即制得包覆氮掺杂石墨烯的三元材料，利用氨气在一定温度的还原作用和氮掺杂作用，能够使三元材料包覆上石墨烯的同时并将石墨烯进行了氮掺杂，从而得到包覆氮掺杂石墨烯三元材料。