[发明专利]一种锂离子电池用镍锰酸锂-石墨烯复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用镍锰锂复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将硫酸镍、乙酸锂、氯化锰和硝酸镱与水混合，滴加浓度为4‑5mol/L的NaOH溶液，制的掺杂稀土元素镱的LiNi_0.5Mn_1.5O₄前躯体；(2)将氧化石墨纳米材料配制10‑15mg/mL的氧化石墨烯水溶液，将氧化石墨烯水溶液倒入聚四氟乙烯为内胆的不锈钢反应釜中干燥，将粉末球磨后得到多孔石墨烯材料；(3)将掺杂稀土元素钇的LiNi_0.5Mn_1.5O₄的前躯体和石墨烯进行球磨，烧结，即得到掺杂镱的镍锰锂‑石墨烯复合材料。本发明制备的锂离子电池用镍锰锂‑石墨烯复合材料，采用了湿法掺杂工艺，改善了其循环稳定性，增强了材料的导电性能；其在用于锂离子电池时，具有高的比容量以及较长的使用寿命。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造领域，尤其涉及一种锂离子电池用镍锰酸锂-石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

随着3C电子产品、各种电动工具等呈现爆发式发展，对二次电池的需求急剧增加。而锂离子蓄电池具有对环境友好、比能量高、电压平台高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等特点，远远优于铅酸、Ni-Cd、Ni-MH电池，在军用、民用领域获得了更广泛的应用。

锂离子二次电池的正极材料是影响其成本和性能的主要因素之一。目前正在研究开发的锂离子二次电池的正极材料有许多系列，主要包括层状锂钴氧化物系列、层状锂镍氧化物系列、尖晶石型锂锰氧化物系列和橄榄石型磷酸铁锂系列。所述正极材料中，LiCoO₂因为具有很好的电化学性能，已作为锂离子二次电池商业化正极材料被广泛应用，但是由于LiCoO₂中的Co属于稀缺资源，价格昂贵，容易对环境造成污染，且LiCoO₂在电压高于4.3V时不稳定等缺点，限制了以LiCoO₂作为正极材料的锂离子二次电池在混合电动和纯电动汽车上的应用；LiNiO₂的稳定性差，易引起安全问题，容易发生阳离子混排和生成非化学计量结构化合物，且合成较难；LiMn₂O₄在循环使用过程中容易发生晶型转变、Jahn-Teller效应和锰离子的溶解，导致以LiMn₂O₄作为正极材料的锂离子二次电池容量衰减较快和高温性能不理想。层状富锂锰基三元复合材料Li-Mn-Ni具有高比容量、成本较低、循环稳定性好以及安全性好等优点，并且可以有效弥补LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn₂O₄各自的不足，因此所述层状富锂锰基三元复合材料的开发成为锂离子二次电池正极材料领域的研究热点。

但是，目前层状富锂锰基三元复合材料Li-Ni-Mn材料充放电过程中电压高达5V左右，使得电极表面的电解液不停地被氧化分解，沉积于电极表面，阻碍锂离子的脱嵌，使其循环性能变差、容量衰减，限制了其商业化应用。为了解决这个问题，改善电化学性能，不少研究人员对其进行表面改性处理，即主要是利用其它金属或者非金属的氧化物进行包覆处理，使正极材料和电解液隔离开来，从而减小充放电过程中电解液对材料的溶解、侵蚀等影响。

发明内容

本发明提供一种锂离子电池用镍锰酸锂-石墨烯复合材料的制备方法，使用该方法制备的正极材料，具有良好的电化学循环性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种锂离子电池用镍锰酸锂-石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备掺杂稀土元素镱的LiNi_0.5Mn_1.5O₄前驱体