[发明专利]一种三明治核壳结构的富锂锰基、尖晶石及石墨烯柔性复合正极及其制备方法

摘要

一种三明治核壳结构的富锂锰基、尖晶石及石墨烯柔性复合正极及其制备方法，属于材料合成领域。富锂锰基正极材料的化学式为aLi₂MnO₃·(1‑a)LiMO₂，尖晶石材料的化学式为LiMn_2‑xM_xO₄,其中0.1≤a<1，M=Mn_1‑x‑yNi_xCo_y，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5。制备方法如下：采用共沉淀的方法获得锰镍钴碳酸盐球形前驱体，并将其与锂盐化合物进行均匀混合、煅烧，获得球形富锂锰基正极材料，然后将该正极材料与氧化石墨烯分散液混合，采用真空抽滤的方法制备三明治结构的富锂锰基及氧化石墨烯复合薄膜，最后经过高温原位碳热还原制备三明治核壳结构的富锂锰基、尖晶石及石墨烯柔性复合正极。本发明工艺简单、制备成本低，性能提升明显可靠，且具有较大的比容量与优异的倍率、循环性能。

主权项

1.一种具有三明治核壳结构的柔性复合正极的制备方法，所述的柔性复合材料包括富锂锰基、尖晶石和石墨烯，所述富锂锰基正极材料的化学式为aLi₂MnO₃·（1‑a）LiMO₂，尖晶石材料的化学式为LiMn_2‑xM_xO₄；上述两个化学式中：0.1≤a<1，M=Mn_1‑x‑yNi_xCo_y，0＜x≤0.5，0＜y≤0.5；其特征在于：该方法包含以下工艺步骤：步骤一：采用共沉淀的方法制备锰镍钴碳酸盐球形前驱体；步骤二：将由步骤一获得的锰镍钴碳酸盐球形前驱体与锂盐化合物，或者是将由步骤一获得的锰镍钴碳酸盐球形前驱体与氢氧化锂进行均匀混合、煅烧，从而得到球形富锂锰基正极材料；步骤三：将由步骤二获得的球形富锂锰基正极材料与氧化石墨烯分散液混合，将混合后的球形富锂锰基正极材料与氧化石墨烯分散液采用真空抽滤的方法制备具有三明治结构的富锂锰基及氧化石墨烯复合薄膜，最后再将具有三明治结构的富锂锰基及氧化石墨烯复合薄膜经过高温原位碳热还原制备具有三明治核壳结构的富锂锰基、尖晶石及石墨烯柔性复合正极；所述的高温原位碳热还原具体步骤为：以1~10℃/min的升温速率将所述复合薄膜置于空气中，在300~400℃温度下煅烧0.5~2 h，或置于氮气或惰性气氛下，在300~800℃温度下煅烧0.5~5 h，或置于真空环境下，在300~800℃温度下煅烧0.5~5 h，制得三明治/核壳结构的富锂锰基、尖晶石及石墨烯柔性复合正极，控制石墨烯在制得的所述复合正极中质量分数为5~50%；所述的三明治核壳结构指的是：以富锂锰基正极材料为核、尖晶石为壳组成的核壳结构，核壳结构再与石墨烯组成的夹层结构。