[发明专利]一种石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料及其制备方法

说明书

一种石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料及其制备方法，包括以碳酸锂、四氧化三钴和液态聚丙烯腈低聚物作为原料，通过研磨、喷雾干燥、预加热、高温煅烧、搅拌、喷雾干燥、预氧化、二次高温煅烧处理，制备出石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料。通过本方法所制得的石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料，石墨烯的掺杂有效地控制晶粒的生长，材料内部晶粒有序排列，堆积较为密实，维持了电极材料的结构稳定性；同时石墨烯优异的导电性能加快了复合材料的电子迁移速率，有效提高电极材料的导电性；此外,液态丙烯腈低聚物在烧结过程中可以形成石墨烯结构,稳定钴酸锂正极材料在充放电过程中的结构,使材料在大倍率充放电条件下仍具有良好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及化工领域，尤其涉及一种石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

随着人们对二次电池的比容量、比功率、小型化和轻型化以及环保要求方面的提高，锂离子电池作为新型绿色能源，以其能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、无污染、安全性能好等独特的优势，现已广泛用作移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等的电源，并在国防军工、航天航海、人造卫星、小型医疗仪及军用通讯设备中逐步替代传统的电池。短短十多年的迅速发展，锂离子电池在小型可充电电池的市场中的占有率已经超过并部分取代了传统的铅酸电池和镍镉、镍氢电池，逐渐成为小型二次电池的主流。

钴酸锂(LiCoO₂)具有高能量密度、电压平台高、放电平稳、生产工艺简单等优点，其理论克容量为274mAh/g，而实际克容量只有约140mAh/g，钴酸锂远未达到其理论容量。研究表明，掺杂其他元素可有效提高钴酸锂的理化性能，进行多种元素联合掺杂，可使钴酸锂晶型更加完美、晶型结构更加稳定，进而提高钴酸锂的能量密度。改进钴酸锂的合成方法，进行元素掺杂，以此来提高钴酸锂的能量密度及循环稳定性。而纯相的钴酸锂正极材料不仅克容量比较低，而且循环稳定性不理想，衰减较快等。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料及其制备方法，旨在解决现有钴酸锂正极材料的循环性能、电化学稳定性较差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，其中，包括步骤：

A、按照Li：Co摩尔比为1-1.2:1的比例将碳酸锂和四氧化三钴加入到去离子水中，研磨均匀得到正极材料前驱体浆料；

B、对所述正极材料前驱体浆料进行喷雾干燥处理，得到正极材料前驱体；

C、在空气气氛下先对所述正极材料前驱体进行预加热处理，然后再进行煅烧处理，得到钴酸锂正极材料；

D、按照一定比例加入钴酸锂正极材料与液态聚丙烯腈低聚物到去离子水中进行搅拌，后进行喷雾干燥处理，得到石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料前驱体；

E、在空气气氛下对所述石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料前驱体进行预氧化处理，然后再进行二次高温煅烧处理，得到石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料。

所述的石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，其中，所述液态丙烯腈低聚物的相对分子质量为100-100000，所述液态丙烯腈低聚物的加入量为钴酸锂质量的10-30％。

所述的石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，其中，所述步骤A中研磨的时间为1-20h。

所述的石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，其中，所述步骤B中喷雾干燥处理时的温度为120-240℃。

所述的石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，其中，所述步骤C中预加热处理的温度为100-400℃，处理时间为1-12h。

所述的石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料的制备方法，其中，所述步骤C中煅烧处理的温度为500-900℃，处理时间为1-12h。