[发明专利]石墨烯改性富锂锰基正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯改性富锂锰基正极材料及其制备方法。所述的富锂锰基正极材料合成方法包括如下步骤：将锂盐、金属硝酸盐以及非金属锂盐按照摩尔比称量后溶入去离子水中，加入结合剂，用氨水调节pH值，然后加热搅拌反应制得湿凝胶，烘干得到干凝胶，再经过预烧结得到前驱体，最后高温煅烧破碎后得到富锂锰基材料。将富锂锰基材料与计量的石墨烯或氧化石墨烯及碳源分散于溶液中，经混合均匀，干燥后在氩气气氛下高温煅烧，最终获得石墨烯改性富锂锰基正极材料。用该正极材料制成的锂离子电池与传统的电池相比，具有首次效率高、倍率性能好、循环寿命长的特点，具有极大的实用价值。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，具体涉及一种具有大容量、出色倍率性能和高循环性能的石墨烯改性富锂锰基正极材料，本发明还涉及到石墨烯改性富锂锰基正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池正极材料，特别是价廉、环保、高性能的锂离子电池正极材料研发滞后，已成为制约锂电行业进一步发展的因素之一，近年来国家提出到2020年动力电池比能量要达到350Wh/Kg，届时锂离子动力电池配套的新型高容量正极材料的需求就更加迫切。

多元层状富锂正极材料体系主要是由Li2 MnO3和LiMO2( 其中M为Ni、Co、Mn中的一种或多种)组成属于层状体系的富锂固溶体。该类材料具有不同于传统正极材料的充电机制，充电电压可高达4.5V，理论比容量可达300mAh/g左右，是目前能达到国家提出350Wh/Kg技术指标最接近的技术方案。

虽然富锂正极材料具有上述优点，但是该类材料还存在首次能量利用率低、不可逆容量大、大电流下倍率性能差的问题，这些问题已成为制约其大规模应用的瓶颈。为了解决上述问题，通常采用掺杂、包覆以及酸处理的形式来改善富锂正极材料性能。传统的碳材料包覆、金属离子掺杂等手段均能在一定程度上改善富锂正极材料的性能，但随着电动汽车对动力电池性能要求的不断提高，尤其是动力电池对能量密度和循环性能的双重高要求，使得开发新型的富锂锰基正极材料更为迫切。

石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，常温下其电子迁移率超过，比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-8Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。石墨烯具有良好的导电性，电导率可达106S/m。石墨烯独特的结构和优异的物理性质使其具有广阔的应用前景。由于石墨烯具有极高的比表面积和优异的导电性，用在锂离子电池中，既可以发挥优异的倍率性能，又有助于提高电池的循环寿命。因此，石墨烯改性富锂锰基正极材料有望突破常规碳包覆及金属离子掺杂等方法，实现电池性能一个量和质的提升。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种石墨烯改性富锂锰基正极材料，该正极材料颗粒均匀，表面光滑，结晶度高，充电电压高，容量高，循环性能好，倍率性能和首次库伦效率得到改善，并具有较好的高温性能。本发明还包括石墨烯改性富锂锰基正极材料制备方法

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种石墨烯改性富锂锰基材料。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种石墨烯改性富锂锰基正极材料的制备方法。