[发明专利]一种石墨烯包覆金属掺杂复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯包覆金属掺杂复合正极材料及其制备方法，以金属盐与氧化石墨烯为原料，经金属盐析法，氧化石墨烯还原为石墨烯，金属盐析出成为正极材料，正极材料表面是石墨烯包覆层，里层是金属掺杂，二者的协同效益使得正极材料性能优异。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体地说，涉及一种石墨烯包覆金属掺杂复合正极材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯，是碳原子按照六角排列而成的二维晶格结构。石墨烯可以通过剥离石墨材料而得到。剥离的方法一般是通过强酸与石墨反应，得到的石墨烯往往还有大量氧化性官能团，并且在制备过程中会发生石墨烯团聚的现象，影响产物的性能。

正极材料，尤其是锂电正极材料有着比容量高、安全性好、自放电小等优点，现已经成为了通讯设备、笔记本电脑、电动工具、电动汽车首选电源材料。但是同时存在循环稳定性差、高温性能/不可逆容量等先天不足，为了克服这些不足，普遍做法是通过掺杂、包覆等手段改善材料性能，这些手段一般是单独作用，从而增加里材料制作工序，增加了材料成本。通过本发明得到的正极材料，通过盐析法一步到位解决了材料掺杂包覆工序。并且两种改性手段能发挥出协同效应，扬长避短。得到的产品性能比单一改性更加优异。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种石墨烯包覆金属掺杂复合正极材料及其制备方法，以金属盐与氧化石墨烯为原料，经金属盐析法，氧化石墨烯还原为石墨烯，金属盐析出成为正极材料，正极材料表面是石墨烯包覆层，里层是金属掺杂，二者的协同效益使得正极材料性能优异。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明一方面提供一种石墨烯包覆金属掺杂复合正极材料制备方法，包括以下步骤：

步骤S1，制备氧化石墨烯悬浮液，将氧化石墨粉末在空气气氛下经快速热处理后，然后加入浓酸和高锰酸钾，得到可剥离石墨，将可剥离石墨分散于去离子水中后再置于超声波条件下分散处理2-3h，得到氧化石墨烯悬浮液；

步骤S2，制备金属盐/溶液体系，将金属盐加入到有机溶液中分散、溶解，得到金属盐/溶液体系；

步骤S3，制备金属-石墨烯复合材料，将氧化石墨烯悬浮液与金属盐/溶液体系按一定的比例混合，在80℃下搅拌6小时，然后再在150℃下搅拌4小时，抽滤得到以金属材料为母体的金属-石墨烯复合材料前驱体，以蒸馏水和无水乙醇依次将金属-石墨烯复合材料前驱体进行洗涤至PH＝7，在110℃下干燥1h，得到金属-石墨烯复合材料；

步骤S4，将金属-石墨烯复合材料与正极材料按照一定质量比混合，经过多段恒温方式进行烧结反应，产物经过破碎、过筛得到石墨烯包覆金属掺杂复合正极材料。

进一步地，所述步骤S2中金属盐为金属乙酸盐、金属氯酸盐、金属硫酸盐、金属硝酸盐中的一种或任意组合。

进一步地，所述步骤S3中氧化石墨烯悬浮液与金属盐/溶液体系按质量比混合，其中氧化石墨烯的质量为所述金属盐质量的0.1％-20％。

进一步地，所述步骤S3中所述金属材料为铝、镁、锆、钛中的一种或任意组合。

进一步地，所述步骤S4中正极材料包括钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂。

进一步地，所述步骤S4中所述金属-石墨烯复合材料的质量为所述正极材料质量的0.1％-10％。

进一步地，所述步骤S4中所述多段恒温包括依次进行的2小时500℃-750℃、6小时700℃-830℃、7小时800℃-930℃。

具体可采用如下步骤：

(1)制备氧化石墨烯