[发明专利]一种层状富锂锰基/石墨烯纳米带正极复合材料的制备方法

摘要

一种层状富锂锰基/石墨烯纳米带正极复合材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。本发明采用化学共沉淀法制备得到一种层状富锂锰基正极材料，并进一步制备得到一种层状富锂锰基/石墨烯纳米带正极复合材料xLi2MnO3·(1‑x)LiNi0.65‑yCoyMn0.35O2@GNRs(0＜x＜1，0≤y≤0.3)。其中，结晶度高、阳离子混排低的富锂锰基颗粒和石墨烯纳米带相互缠绕成三维多孔网络结构，石墨烯纳米带的包裹能够保护富锂锰基颗粒主体不受HF的侵蚀，有利于改善其高压安全性和热稳定性；三维多孔网络结构能够有效提高富锂锰基正极材料的表面电导率，该结构有利于降低富锂锰基正极材料在充放电过程中的电化学极化，显著改善倍率性能和循环性能。

主权项

一种层状富锂锰基/石墨烯纳米带正极复合材料的制备方法，其特征在于所述方法的具体步骤如下：1)制备富锂锰基正极材料1.1)制备反应溶液将一定化学计量比的镍源、钴源和锰源分别加入去离子水中，搅拌均匀后得到混合溶液A，溶液A中过渡金属阳离子总的物质的量浓度为0.1～3mol/L；将沉淀剂加入去离子水中，搅拌均匀后得到沉淀剂溶液B，溶液B中沉淀剂的物质的量浓度为0.1～6mol/L；将络合剂加入去离子水中，搅拌均匀后得到络合剂溶液C，溶液C中络合剂的物质的量浓度为0.01～3mol/L。1.2)制备前驱体将步骤1.1)中所制得的溶液A、溶液B和溶液C同时以速率0.001～200ml/min加入到反应容器中，在持续搅拌下反应1～36h，然后陈化0～36h，然后沉淀产物经收集、清洗、离心数次后，在60～120℃下干燥6～20h后得到前驱体粉末。其中，搅拌速度为500～1200rpm，反应温度为40～70℃，反应PH值为7～11.5。1.3)制备富锂锰基正极材料将步骤1.2)中制得的前驱体粉末与锂源按一定化学计量比混合均匀，得到混合物D，锂源的质量为理论值的1.0～1.1％。将混合物D在空气气氛中于400～700℃热处理1～12h得到预烧产物E，然后将预烧产物E取出粉碎研磨后，在空气气氛中于750～1000℃烧结6～24h得到富锂锰基固溶体材料xLi2MnO3·(1‑x)LiNi0.65‑yCoyMn0.35O2(0＜x＜1，0≤y≤0.3)。2)制备富锂锰基/石墨烯纳米带正极复合材料2.1)制备石墨烯纳米带分散液将宽度为5～50nm且长径比为50～300的石墨烯纳米带加入到分散剂中，并在冰浴中超声均匀后得到分散液A。其中，石墨烯纳米带和分散剂的化学计量比为1(g)∶0.1～10(ml)，超声功率为50～500W，超声时间为0.5～5h。2.2)制备富锂锰基/石墨烯纳米带正极复合材料将步骤1.3)所述的富锂锰基固溶体材料加入到步骤2.1)所述的分散液A中，经超声辅助机械搅拌制得分散溶液B，经真空冷冻干燥6～24h后制得富锂锰基/石墨烯纳米带正极复合材料xLi2MnO3·(1‑x)LiNi0.65‑yCoyMn0.35O2@GNRs(0＜x＜1，0≤y≤0.3)，在惰性气氛下将正极复合材料在300℃烧结0.5～2h，以去除残余的分散剂或其他杂质。其中，富锂锰基固溶体材料和石墨烯纳米带的化学计量比为200～10(g)∶1(g)，超声功率为50～500W，超声时间为0.1～12h，搅拌速度为60～600rpm。