[发明专利]一种石墨烯基锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制备技术领域，特别是指一种石墨烯基锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

随着人类社会的不断发展，人们对能源的需求不断增加，传统化石能源的过度使用带来严重的环境污染，因此，发展高效环保能源成为研究热点。在一系列能源中，锂离子电池因其具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、环境友好等特点引起人们的广泛关注。

锂离子电池主要由电解液、隔膜、正极材料和负极材料等部分组成。其中正极材料至关重要，它的特性对锂离子电池的储能密度、循环寿命、安全性、成本等具有直接影响，因此锂离子电池正极材料成为研究的重点。目前，锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、尖晶石结构的锰酸锂、橄榄石结构的磷酸铁锂和三元材料。这些正极材料本身存在一些缺陷，如电子电导率低、循环性能不好、倍率性能差等。

由于锂离子电池的电极反应发生在电极电解质界面，因此改变锂离子电池正极材料电化学性能的一个有效方法就是对其进行表面包裹，包裹层可以改进正极材料的导电性、循环性能和倍率性能。石墨烯具有良好的导电性，将其用于对锂离子电池正极材料的改进，可制备出高导电性的正极复合材料，提高锂离子电池正极材料的电化学性能。

目前市面上已有一些石墨烯复合正极材料的制备方法，但是，这些方法大都比较复杂、制备效率低、制备成本高，不适合大规模推广生产。因此，迫切需要一种制备过程简单、制备成本低廉的石墨烯基锂离子电池正极材料的制备方法，这对锂离子电池性能的提高具备重要意义。

发明内容

本发明提出一种石墨烯基锂离子电池正极材料的制备方法，解决了现有技术中锂离子电池正极材料电化学性能差的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种石墨烯基锂离子电池正极材料的制备方法，其方法步骤如下：

(1)采用天然鳞片石墨通过化学氧化法制得氧化石墨，将氧化石墨分散在水中，得到一定浓度的氧化石墨烯溶液；

(2)将锂离子电池正极材料分散在有机溶剂中，得到一定浓度的正极材料分散液，搅拌均匀备用；

(3)将氧化石墨烯溶液按照一定比例逐滴加入到正极材料分散液中，搅拌均匀，静置沉淀，将得到的沉淀物在空气中晾干，得到复合氧化石墨烯正极材料；

(4)将干燥的复合氧化石墨烯正极材料在真空条件下进行加热还原，得到复合石墨烯正极材料，即石墨烯基锂离子电池正极材料。

作为优选，所述步骤(1)中采用改性Hummers法对天然鳞片石墨进行氧化，氧化温度为0℃～55℃，氧化时间为2h～4h；超声时间为20s～15min，超声功率为400W～600W；离心转速为3000rmp～6000rmp，离心时间为5min～10min；所述天然鳞片石墨的尺寸为1～100μm；所述氧化石墨烯溶液的浓度为1mg/mL～3mg/mL。

作为优选，所述步骤(2)中有机溶剂为丙酮、乙醇或甲醇；所述正极材料分散液的浓度为1mg/mL～3mg/mL。

作为优选，所述步骤(3)中氧化石墨烯与正极材料的重量比为5∶95～10∶90。

作为优选，所述步骤(4)中加热还原的温度为250℃～450℃，时间为2h～3.5h。

本发明所述制备方法中使用过的有机溶剂可以经过抽滤、分离得到干净的有机溶剂，从而实现有机溶剂的重复利用，降低成本。

本发明的有益效果为：

本发明所述方法通过将石墨烯复合在锂离子电池正极材料上，改善了锂离子电池正极材料的电子电导率，提高其循环性能和倍率性能。

本发明所述方法操作规程简单、高效，能耗低、绿色环保，制备周期短、易于控制；制备过程所使用的有机溶剂可以循环利用，大大降低制备成本，适用于大规模推广生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为未复合石墨烯的锂离子电池正极材料与复合石墨烯之后的锂离子电池正极材料在0.2倍率下的锂电数据对比图；

图2为未复合石墨烯的锂离子电池正极材料与复合石墨烯之后的锂离子电池正极材料在0.5倍率下的锂电数据对比图。

具体实施方式