[发明专利]一种石墨烯模板单层片状富锂锰基正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯模板单层片状富锂锰基正极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域，其包括步骤：将模板加入去离子水中分散均匀，然后加入螯合剂溶解，再缓慢加入锂盐、镍盐、钴盐、锰盐混合盐溶液，加入氨水调节pH，水浴加热搅拌至溶液呈凝胶状，冷冻干燥至凝胶脱水，将冷冻干燥后的粉体放入马弗炉中按照一定的烧结曲线煅烧，得到石墨烯模板单层片状富锂锰基正极材料。本发明采用溶胶‑凝胶冷冻法制备石墨烯模板单层片状富锂锰基正极材料，该材料组装扣电在0.1C的倍率下具有258mAh/g的容量，并且循环性能良好。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体是一种石墨烯模板单层片状富锂锰基正极材料的制备方法。

背景技术

在新能源技术与应用日益重要的今天，锂离子电池由于其较高的能量密度及电位而得到广泛的关注及应用。目前锂离子电池因其比容量高，循环寿命长，性价比高成为当今电子产品电源的首选对象。锂离子电池的核心组成部件通常包含正极、负极和电解液。目前锂离子电池的正极材料主要以过渡金属氧化物（LiCoO₂、LiNiCoMnO₂、LiMn₂O₄）或聚阴离子型金属化合物（LiFePO₄）为主；但是上述几种正极材料的比容量在200mAh/g以下，不能达到市场所需。因此开发新型正极材料迫在眉睫。富锂锰基正极材料化学通式为Li_1+xNi_yCo_zMn_1-x-y-zO₂,也可用xLi₂MnO_3·1-xLiNi_yCo_zMn_1-y-zO₂，因其具有较高的比容量和工作电压而备受关注。然而，目前富锂锰基正极材料首次充电脱锂过度会导致材料的表面晶格结构破坏，首次库伦效率低，循环稳定性与倍率性能较差。因此，提高富锂锰基正极材料的结构稳定性与电化学性能是当前的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种石墨烯模板单层片状富锂锰基正极材料的制备方法，采用溶胶-凝胶冷冻干燥法制备单层片状富锂锰基正极材料，从而提高富锂锰基正极材料循环稳定性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种石墨烯模板单层片状富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将锂盐、锰盐、钴盐、镍盐按通式xLi₂MnO₃·1-xLiNi_yCo_zMn_1-y-zO₂（0.1≦x≦0.9，0.3≦y≦0.9，0.05≦z≦0.4）计量比进行混合，加入去离子水，充分搅拌使其溶解，配成混合盐溶液；

（2）将模板溶于去离子水，超声分散，加入螯合剂，继续超声使其溶解；

（3）将步骤（1）混合盐溶液缓慢滴加到步骤（2）溶液中，充分搅拌，并加入氨水调节物料pH为7-9，得到溶胶；

（4）将步骤（3）溶胶放置水浴锅中，加热搅拌至溶液呈凝胶状；

（5）将凝胶放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥，至完全凝胶完全脱水；

（6）将干燥后的粉体放入马弗炉中按照一定的烧结曲线煅烧，得到石墨烯模板单层片状富锂锰基正极材料。

进一步方案，所述锂盐为乙酸锂，硝酸锂中的至少一种；所述锰盐为乙酸锰、硝酸锰中的至少一种；所述钴盐为乙酸钴、硝酸钴中的至少一种；所述镍盐为乙酸镍、硝酸镍中的至少一种。

进一步方案，所述步骤（2）中模板为石墨烯、膨胀石墨、寡层石墨烯中的一种或几种；每摩尔总体金属离子所需模板添加量为1-50mg。