[发明专利]石墨烯三元材料复合物及其制备方法

说明书

本发明是关于一种石墨烯三元材料复合物及其制备方法，其制备方法包括：将膨胀石墨经过液相剥离，得到石墨烯分散液；将三元材料在所述的石墨烯分散剂中混合均匀，调节pH值为6‑8，得到混合液；将所述的混合液旋转减压蒸馏，得到石墨烯三元材料复合物。本发明制备方法简单，成本低，环境友好，适合工业化生产，并且制备的石墨烯三元材料复合物具有良好的循环性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池材料技术领域，特别是涉及一种石墨烯三元材料复合物及其制备方法。

背景技术

锂离子电池在电子产品、电动汽车、医疗设备和航天航空等领域得到了广泛应用。随着科技的进步，在满足安全、成本、寿命、环保等方面后，关键的性能指标是高能量密度和快速充、放电能力。目前已经商业化的锂离子电池正极材料LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄，其实际比容量仅有150mAh/g，且存在成本高、安全性差、一致性差等缺点。三元材料，容量高，实际比容量可达200mAh/g且具有成本较低、稳定性好、安全性较高等优点，并且三元材料对环境及设备要求较低，制备加工难度较小，一致性和可靠性高，能达到高能量密度的目标，是最具有潜力成为下一代动力型锂离子电池和电子产品用高能量密度小型锂离子电池正极材料。但就实用性而言，三元材料仍有问题亟需解决。例如，高镍材料的混排现象；首周脱锂后引起的失氧和相变，导致首效较低；导电率低，大倍率性能不佳等。为了解决上述这些问题，科研工作者从材料的制备方法到材料的改性方面都做了大量扎实的研究工作，其中碳改性已经成为目前解决材料倍率性能最热门的方向之一。石墨烯是目前导电能力最好的二维材料，并且化学稳定。

目前关于石墨烯改性三元材料的专利两大类，一方面石墨烯作为原料直接对电极材料改性，较为商业的方法是直接将石墨烯作为导电剂使用，一般以导电浆料的形式存在，加入量小于2％，优点是提高材料的倍率性能。缺点是，市场上的提供石墨烯浆料为了达到配置极片浆料的浓度需添加分散剂，分散剂虽可保持石墨烯的均匀性，但不利于电池比容量；并且石墨烯浆料必须密封保存，否则会吸水，造成电池性能下降。若直接将石墨烯粉末直接制备浆料，不易分散均匀，而浆料不均匀性直接导致电池一致性较差。另一个方面是氧化石墨烯做原料对锂电材料改性。首先氧化石墨烯的制备，需要解决工业污染问题；后续的化学或高温还原工艺，增加成本；还原后的石墨烯结构不完整，都直接影响石墨烯本身的性能，从而影响其在正极材料中的应用。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种新型的石墨烯三元材料复合物及其制备方法，所要解决的技术问题是使其适合工业化生产，改善电极材料的高倍率和循环性能，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种石墨烯三元材料复合物的制备方法，其包括：

将膨胀石墨经过液相剥离，得到石墨烯分散液；

将三元材料在所述的石墨烯分散剂中混合均匀，调节pH值为6-8，得到混合液；

将所述的混合液旋转减压蒸馏，得到石墨烯三元材料复合物。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的石墨烯三元材料复合物的制备方法，其中所述的液相剥离，其包括：将膨胀石墨在有机溶剂中超声2-50h。

优选的，前述的石墨烯三元材料复合物的制备方法，其中所述的有机溶剂为乙醇、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、甲醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇、丙三醇、丙酮和正丙醇中的至少一种。

优选的，前述的石墨烯三元材料复合物的制备方法，其中所述的石墨烯分散液的质量浓度为0.1-5.0％。

优选的，前述的石墨烯三元材料复合物的制备方法，其中所述的三元材料为镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料和富锂三元材料中的至少一种。