[发明专利]四氧化三钴-石墨烯复合材料、锂离子电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种四氧化三钴-石墨烯复合材料的制备方法及锂离子电池的制备方法。 

背景技术

目前锂离子电池在生活中应用较为广泛，但锂离子电池进一步发展面临的两大最主要的问题是储能容量低和安全性不高。目前商品化锂离子电池所使用的负极材料一般为石墨，它的理论容量为372mAh/g，容量较低；它的储能电位平台（0-0.25V vs Li/Li⁺）较低，这往往会导致锂枝晶的产生，锂枝晶产生到一定量时会刺穿隔膜，使得正负极发生短路，短路产生大量的热量，从而使得整个电池自燃或发生爆炸。 

四氧化三钴作为负极材料，它的储能容量能达到700mAh/g以上，而且它的平均储能电位平台为2V vs Li/Li⁺，可以完全避免锂枝晶的产生，从而一定程度上解决了锂离子电池面临的两个问题。但四氧化三钴作为负极材料，其倍率特性和循环性能较差。 

发明内容

基于此，有必要提供一种四氧化三钴-石墨烯复合材料的制备方法及锂离子电池的制备方法以提高使用四氧化三钴-石墨烯复合材料的锂离子电池的倍率特性和循环性能。 

一种四氧化三钴-石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤： 

将氧化石墨加入水中超声分散，得到氧化石墨烯悬浮液； 

向所述氧化石墨烯悬浮液中加入氢氧化钴，超声分散后过滤，得到氢氧化钴与氧化石墨烯的混合物；及 

在保护性气体氛围下，将所述氢氧化钴与氧化石墨烯的混合物升温至500℃~700℃，并保温0.5h~2h，冷却得到四氧化三钴-石墨烯复合材料。 

在其中一个实施例中，所述保护性气体选自氮气及氩气中的至少一种。 

在其中一个实施例中，所述氧化石墨烯悬浮液中，所述氧化石墨烯的浓度为0.5mg/ml~1mg/ml。 

在其中一个实施例中，所述氧化石墨与所述氢氧化钴的质量比为1:2~5:2。 

在其中一个实施例中，将所述氢氧化钴与氧化石墨烯的混合物以15℃/min~25℃/min的升温速率升温至500℃~700℃。 

在其中一个实施例中，在制备石墨烯悬浮液的步骤之前还包括：制备氧化石墨，制备氧化石墨包括以下步骤： 

将石墨加入浓硫酸和浓硝酸组成的混合酸液中形成混合液，将混合液的温度保持在-2℃~2℃搅拌10min~30min； 

向混合液中加入高锰酸钾，继续将混合液的温度保持在-2℃~2℃搅拌1h； 

将混合液升温至80℃~90℃并保温0.5h~2h； 

向混合液中加入去离子水，继续在80℃~90℃保温0.5h~2h；及 

向混合液中加入过氧化氢除去高锰酸钾，抽滤，洗涤固体物，干燥固体物后得到氧化石墨。 

一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤： 

提供正极活性材料和负极活性材料，所述负极活性材料为上述四氧化三钴-石墨烯复合材料的制备方法制备的四氧化三钴-石墨烯复合材料； 

分别将所述正极活性材料及所述负极活性材料涂敷在正极集流体及负极集流体上制备正极及负极；及 

将所述正极及负极与隔膜组装后浸泡于电解液中，得到锂离子电池。 

在其中一个实施例中，所述正极活性材料选自钴酸锂、磷酸铁锂及锰酸锂中的至少一种。 

在其中一个实施例中，所述正极由以下步骤制备：将所述正极活性材料与正极粘结剂、正极导电剂按质量比75~90:5~10:5~15混合形成正极材料，将所述正极材料与溶剂混合配制成正极浆料，然后将所述正极浆料涂布在正极集流体上，经干燥、轧膜、分切后制作成正极。 

在其中一个实施例中，所述负极由以下步骤制备：将所述负极活性材料、 负极粘结剂、负极导电剂按质量比80~90:5~10:5~10混合形成负极材料，将所述负极材料与溶剂混合配制成负极浆料，然后将所述负极浆料涂布在负极集流体上，经干燥、轧膜、分切后制作成负极。 

上述四氧化三钴-石墨烯复合材料的制备方法及锂离子电池的制备方法，通过将氢氧化钴加入氧化石墨烯悬浮液中超声分散，从而使得氢氧化钴均匀的分散在氧化石墨烯的片层之间，最后将氢氧化钴与氧化石墨烯的混合物升温至400℃~600℃制得的四氧化三钴-石墨烯复合材料中四氧化三钴均匀的分散在石墨烯的片层之间；制备的四氧化三钴-石墨烯复合材料中，在四氧化三钴中掺入石墨烯形成一个导电网络，从而应用于锂离子电池可以提高锂离子电池的循环性能和倍率特性。 

附图说明