[发明专利]一种多级包覆的正极材料及制备方法和锂电池

说明书

本发明公开了一种多级包覆的正极材料及制备方法和锂电池，属于锂离子电池材料技术领域。多级包覆的正极材料的制备方法为：将正极材料、氧化石墨烯与硅烷偶联剂按比例置于低沸点有机溶剂中超声混合均匀，然后加入钴源，搅拌反应后，再进行高温烧结，冷却，得到钴掺杂胺功能化石墨烯包覆的正极材料。本发明设计利用硅烷偶联剂实行钴元素掺杂对氧化石墨烯进行改性后进行多级包覆的策略，钴元素的掺杂利于锂离子的嵌入和脱出，同时后续通过高温烧结的方式将氧化石墨烯转变成导电性极佳的石墨烯，形成一层导电网络，降低其电阻率，提升材料的倍率性能，同时，石墨烯与硅烷偶联剂的双层包覆有利于阻止电解液与材料反应，提高正极材料的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体而言，涉及一种多级包覆的正极材料及制备方法和锂电池。

背景技术

正极材料使用过程中会由于材料与电解液接触发生副反应从而导致循环性能的降低。目前主要改性手段包括金属氧化物的包覆、固体电解质包覆或石墨烯包覆。其中，金属氧化物包覆由于锂离子传导性较差导致材料的倍率性能下降；固体电解质包覆可能由于包覆厚度的增加抑制充/放电期间电子转移过程；而石墨烯由于分散性较差极易产生团聚，难以获得均匀的包覆层，从而降低材料的循环性能。

因此，需要开发出一种兼顾倍率性能和循环性能的方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多级包覆的正极材料及制备方法和锂电池。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提供一种多级包覆的正极材料的制备方法，包括以下步骤：

将质量比为500:(5-12):(1.03-1.05)的正极材料、氧化石墨烯与硅烷偶联剂置于低沸点有机溶剂中超声混合均匀，然后加入钴源，搅拌反应2h-4h，再于700℃-750℃下烧结8h-10h，冷却，得到钴掺杂胺功能化石墨烯包覆的正极材料。

本发明还提供一种根据上述的制备方法制备得到的多级包覆的正极材料，多级包覆的正极材料为钴掺杂胺功能化石墨烯包覆的正极材料。

本发明还提供一种锂电池，其正极包括上述的多级包覆的正极材料。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种多级包覆的正极材料及制备方法和锂电池，其制备方法为：将质量比为500:(5-12):(1.03-1.05)的正极材料、氧化石墨烯与硅烷偶联剂置于低沸点有机溶剂中超声混合均匀，然后加入钴源，搅拌反应2-4h，再于700-750℃下烧结8-10h，冷却，得到钴掺杂胺功能化石墨烯包覆的正极材料。本发明利用硅烷偶联剂实行钴元素掺杂对氧化石墨烯进行改性后进行多级包覆的策略，钴元素掺杂对氧化石墨烯改性可以改善正极材料界面的导电性，同时通过后续的高温烧结将氧化石墨烯转变成导电性极佳的石墨烯，形成一层导电网络，进一步协同参与提高正极材料的倍率性能。此外，硅烷偶联剂可以与正极材料结合得更加牢固，硅烷偶联剂与氧化石墨烯高温碳化后实现多级包覆，可以减少正极材料与电解液的接触面积，从而减少副反应的发生，阻止过渡金属的溶解，提高循环性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例中所得的多级包覆的正极材料，包覆层的结构示意图；

图2为实施例1所得的多级包覆的正极材料进行扫描电镜图；

图3为对比例1所得的包覆的正极材料进行扫描电镜图；

图4为对比例2所得的包覆的正极材料进行扫描电镜图；

图5为实施例1所得的多级包覆的正极材料与对比例1所得的包覆的正极材料制作的电池的倍率放电容量保持率；