一种石墨烯包覆的多元正极材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种石墨烯包覆的多元正极材料的制备方法，该多元正极材料的活性材料包括内层和外层，其中该活性材料具备如下化学式（1-a）LiNi_1-xCo_xO₂.aLiMn_0.3Al_0.7O₂，其中a=0.3-0.35，x=0.25-0.45，该方法包括如下步骤：（1）制备活性材料，（2）制备石墨烯衍生物材料，（3）石墨烯衍生物包覆活性材料。本发明制备的多元正极材料，具有组分配比不同的两层层结构，其中内层镍所占比例最高，以保证材料的高容量，外层具有较高的钴含量，以保证材料的循环稳定性，最后再覆盖一层石墨烯衍生物材料进一步提高材料的活性和容量。因此该正极材料在用于锂离子电池时，具有较高的比容量和良好的稳定性。

主权项

一种石墨烯包覆的多元正极材料的制备方法，该多元正极材料的活性材料包括内层和外层，其中该活性材料具备如下化学式（1‑a）LiNi_1‑xCo_xO₂. aLiMn_0.3Al_0.7O₂，其中a=0.3‑0.35， x=0.25‑0.45，该方法包括如下步骤：（1）制备活性材料配制浓度为1‑1.5mol/L的乙酸溶液，将硫酸镍、硫酸钴按照摩尔比1‑x：x混合后溶于去离子水配置成金属离子总浓度为3‑4mol/L的混合硝酸盐溶液，将上述乙酸溶液置于带搅拌的反应器中，强烈搅拌，向反应器中滴入混合盐溶液，控制调节反应器内反应液的温度并保持在55‑60℃，加料完成后，继续搅拌陈化，其中乙酸溶液的量应该足够使得所有镍、钴离子生成乙酸镍钴；固液分离，用去离子水洗涤固液分离所得的固体产物，洗涤后的产物干燥，得到乙酸镍钴粉体，将乙酸镍钴粉体空气气氛500‑550℃煅烧4‑6h，制得内层前躯体，冷却后研成粉末，备用； 将钴锰铝的柠檬盐溶解在去离子水中，其中锰铝元素的摩尔比为3:7，得到金属离子总浓度为0.5‑1mol/L的柠檬酸盐溶液，将上述具有内层的前躯体粉末和分散剂丙酮一并放入配好的柠檬酸盐溶液中混合均匀，其中内层的前躯体粉末中镍钴元素总量与柠檬酸盐溶液中的锰铝元素总量的摩尔比为1‑a：a，搅拌形成悬浮液，然后将悬浮液喷雾干燥后得到活性材料前驱体； 将活性材料前驱体和碳酸锂混合后以300‑350r/min的速度球磨4‑5h，其中前躯体中的镍钴锰铝的总摩尔量与碳酸锂中的锂的摩尔比1:1，然后在850‑900℃下煅烧8‑10h，得到活性材料；（2）制备石墨烯衍生物材料将氧化石墨溶解在去离子水中，然后在搅拌下加入氨基嘧啶的乙醇溶液，再在70‑75℃的温度下回流反应30‑40h，得到氧化石墨烯的氨基嘧啶衍生物；将所述氨基嘧啶衍生物与足量的水合肼在85‑90℃的温度下回流反应10‑15h，得到石墨烯的氨基嘧啶衍生物，将所述石墨烯的氨基嘧啶衍生物在100‑120℃退火5‑8h，得到石墨烯衍生物材料；（3）石墨烯衍生物包覆活性材料将上述活性材料与上述石墨烯衍生物材料按重量比100∶3‑4的比例混合，将混合料在行星球磨机中以转速400‑450r/min球磨3‑5h， 将球磨后的物质干燥后，在高纯氮气流中进行热处理烧结，以5‑10℃/min速率升温，在温度750‑800℃恒温烧结10‑15h，以10‑15℃/min降温，得到最终产品。