[发明专利]石墨烯/三元复合材料的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体的说是一种石墨烯/三元复合材料及其制备方法。其制备过称为：首先制备出镍离子、钴离子及其锰离子，之后添加到氧化石墨烯溶液中，并通过水热反应制备出水凝胶，之后经过低温干燥，电化学沉积，热还原、烧结制备出石墨烯/三元复合材料。其制备的石墨烯三元复合材料利用水热法可以使金属离子均匀掺杂进石墨烯层间及其周围，并制备出高密度三元前驱体，之后在其表面电化学沉积锂盐，制备出具有致密度高、一致性高的前驱体材料，并通过热还原将石墨烯充分掺杂进三元材料之间，以明显提高三元材料的克容量发挥、导电率及其吸液保液能力，以提高电池的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体的说是一种石墨烯/三元复合材料的制备方法。

背景技术

随着市场对电动汽车续航里程要求的提高，要求锂离子电池具有更高的能量密度、低温性能及其快充性能。而目前市场化的锂离子电池又以三元电池能量密度高、循环寿命长等优点而广泛应用于电动汽车、电动大巴等领域，但是其能量密度偏低，倍率性能偏低，限制其在一些领域的推广。因此提高三元电池所用三元正极材料的克容量及其倍率性能成为目前研究的热点。而掺杂技术则是目前最为常用、效果最佳的方法之一，即通过在材料之间掺杂金属、氧化物及其其它材料提高其克容量发挥。

比如专利（CN 1041578455 A）公开了一种氧化石墨烯有机溶剂制备石墨烯复合三元材料的方法，通过在三元材料表面包覆石墨烯提高三元材料的导电性，倍率性能，但是石墨烯对材料的掺杂均匀性差，且致密度度低，造成其体积能量密度偏低。

而水热法是制备高密度石墨烯的方法之一，其制备出的材料是通过化学键形成具有致密度高、均匀性高、一致性强等优点，并沉积锂盐可以将锂离子均匀掺杂进三元材料前驱体及其石墨烯之间，具有克容量高、导电率强及其吸液能力强等优点，并可以明显改善锂离子电池所用三元材料的电化学性能。

发明内容

本发明提供一种石墨烯/三元复合材料的制备方法，改善目前三元材料在导电率和循环性能偏差及其振实密度不高等方面的缺陷，本发明通过水热-电化学联合法制备，具有振实密度高、导电率强及其循环性能优异等特性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

该复合材料是以三元材料为基体并在里面掺杂有含量为1～10%wt的石墨烯组成，其制备过程为：

1）、金属离子的制备：

采用两电极法，分别以纯金属镍、钴、锰为阳极、铂电极为阴极，0.1mol/L的醋酸为电解液，在2V的恒电压条件下进行电解，分别得到镍离子、钴离子、锰离子，之后按照一定的体积混合得到浓度为（0.01～0.1）mol/l的金属离子混合液A；

其中：摩尔比，镍离子：钴离子：锰离子=（0.7～0.9）：（0.05～0.15）：（0.05～0.15）

2）、水凝胶制备：

称取100ml，浓度为（1～10）mg/ml的氧化石墨烯溶液，之后添加（0.01～0.1）g的氮源搅拌均匀后，再添加（100～1000）ml的混合液A，超声分散均匀后，得到溶液B，之后转移到高压反应釜中，并在温度为（150～200）℃反应（2～12）h，得到水凝胶，之后在温度为（30～80）℃真空干燥（24～96）h，得到掺杂有金属离子的高密度氧化石墨烯复合材料B；

3）、三元材料前驱体制备：

将锂盐添加到碳酸甲乙酯中配置成0.1mol/L的溶剂，之后以高密度氧化石墨烯复合材料B作为工作电极，铂电极作为对电极，饱和甘汞作为参比电极，并采用电化学沉积法在高密度氧化石墨烯复合材料B表面沉积锂盐，最后得到含有高密度的三元材料前驱体C；

4）、烧结