CN106159226A - 一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料及其制备方法，所述改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，按照重量份的组分为：改性石墨烯30‑40份、锰酸锂28‑44份、醋酸锂12‑18份、丙烯腈8‑10份、硝基吡啶4‑6份、甘氨酸2‑6份。所制备的锂离子电池具有优异的循环性能，常温下1C充放循环2000次容量保持在90%以上；6C倍率下放电是1C容量的98%以上；3C/10V过充测试电池不起火不爆炸；高温循环优异，60℃下1C充放循环1000次容量保持在88%以上；具有良好的安全性能，针刺、挤压、过充、过放等测试不爆炸、不起火。

Description

一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电池技术领域，具体是一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池自商业化以来，锂离子电池所用的正极材料大多为锰酸锂、锰酸锂或三元材料等，其组分主要是活性材料加导电剂再加粘结剂，所述活性材料为锰酸锂、锰酸锂或三元等；负极材料大多采用石墨为活性物质，再添加一些导电剂和粘结剂；其优点是容量较高，循环寿命长，但是锰资源匮乏、价格昂贵且具有毒性，因此寻求价格优廉、性能可靠、环境友好的正极材料成为锂离子电池的重要研究方向。以锰酸锂为代表的尖晶石型正极材料和三元材料层状氧化物在过去十年中得到广泛研究，但是由于其各自存在的缺陷制约了他们的发展前景。另外，正负极材料组成的体系有个共同的特点就是放电后期，尤其是在放电结束时，电压下降非常快，也就是在这个电压区间里面，锂离子电池的容量几乎没有了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，按照重量份的主要原料为：改性石墨烯30-40份、锰酸锂28-44份、醋酸锂12-18份、丙烯腈8-10份、硝基吡啶4-6份、甘氨酸2-6份；所述改性石墨烯的制备方法为：将石墨烯氧化处理后与二甲基亚砜、葡聚糖反应，再每隔5min依次与月桂酸酯、三聚氰胺、聚乙烯醇、甘油胺反应，真空抽滤干燥即得。
作为本发明进一步的方案：所述改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，按照重量份的主要原料为：改性石墨烯33-37份、锰酸锂34-41份、醋酸锂13-17份、丙烯腈8-10份、硝基吡啶4-6份、甘氨酸2-6份；所述改性石墨烯的制备方法为：将石墨烯氧化处理后与二甲基亚砜、葡聚糖反应，再每隔5min依次与月桂酸酯、三聚氰胺、聚乙烯醇、甘油胺反应，真空抽滤干燥即得。
作为本发明进一步的方案：所述改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，按照重量份的主要原料为：改性石墨烯35份、锰酸锂38份、醋酸锂15份、丙烯腈9份、硝基吡啶5份、甘氨酸5份；所述改性石墨烯的制备方法为：将石墨烯氧化处理后与二甲基亚砜、葡聚糖反应，再每隔5min依次与月桂酸酯、三聚氰胺、聚乙烯醇、甘油胺反应，真空抽滤干燥即得。
作为本发明进一步的方案：所述石墨烯的纯度为99.9％以上。
作为本发明进一步的方案：所述锰酸锂的目数为800目。
作为本发明进一步的方案：所述醋酸锂的目数为1200目。
一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料的制备方法，具体步骤为：
(1)首先，将改性石墨烯与锰酸锂、醋酸锂进行搅拌，在氮气保护下加入浓硫酸，于10℃-20℃下搅拌30-60min，制成半成品；
(2)最后，将半成品与丙烯腈、硝基吡啶、甘氨酸进行混匀搅拌，搅拌转速为320r/min，搅拌时间为30min，接着离心洗涤，随后置于4℃温度下真空冷冻干燥，即得。
作为本发明进一步的方案：步骤(1)中于15℃下搅拌47min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
所制备的锂离子电池具有优异的循环性能，常温下1C充放循环2000次容量保持在90％以上；6C倍率下放电是1C容量的98％以上；3C/10V过充测试电池不起火不爆炸；高温循环优异，60℃下1C充放循环1000次容量保持在88％以上；具有良好的安全性能，针刺、挤压、过充、过放等测试不爆炸、不起火。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，按照重量份的主要原料为：改性石墨烯30份、锰酸锂28份、醋酸锂12份、丙烯腈8份、硝基吡啶4份、甘氨酸2份；所述改性石墨烯的制备方法为：将石墨烯氧化处理后与二甲基亚砜、葡聚糖反应，再每隔5min依次与月桂酸酯、三聚氰胺、聚乙烯醇、甘油胺反应，真空抽滤干燥即得；所述石墨烯的纯度为99.9％以上；所述锰酸锂的目数为800目；所述醋酸锂的目数为1200目。
一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料的制备方法，具体步骤为：
(1)首先，将改性石墨烯与锰酸锂、醋酸锂进行搅拌，在氮气保护下加入浓硫酸，于10℃下搅拌30min，制成半成品；
(2)最后，将半成品与丙烯腈、硝基吡啶、甘氨酸进行混匀搅拌，搅拌转速为320r/min，搅拌时间为30min，接着离心洗涤，随后置于4℃温度下真空冷冻干燥，即得。
实施例2
一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，按照重量份的主要原料为：改性石墨烯33份、锰酸锂34份、醋酸锂13份、丙烯腈8份、硝基吡啶4份、甘氨酸2份；所述改性石墨烯的制备方法为：将石墨烯氧化处理后与二甲基亚砜、葡聚糖反应，再每隔5min依次与月桂酸酯、三聚氰胺、聚乙烯醇、甘油胺反应，真空抽滤干燥即得；所述石墨烯的纯度为99.9％以上；所述锰酸锂的目数为800目；所述醋酸锂的目数为1200目。
一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料的制备方法，具体步骤为：
(1)首先，将改性石墨烯与锰酸锂、醋酸锂进行搅拌，在氮气保护下加入浓硫酸，于10℃下搅拌30min，制成半成品；
(2)最后，将半成品与丙烯腈、硝基吡啶、甘氨酸进行混匀搅拌，搅拌转速为320r/min，搅拌时间为30min，接着离心洗涤，随后置于4℃温度下真空冷冻干燥，即得。
实施例3
一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，按照重量份的主要原料为：改性石墨烯35份、锰酸锂38份、醋酸锂15份、丙烯腈9份、硝基吡啶5份、甘氨酸5份；所述改性石墨烯的制备方法为：将石墨烯氧化处理后与二甲基亚砜、葡聚糖反应，再每隔5min依次与月桂酸酯、三聚氰胺、聚乙烯醇、甘油胺反应，真空抽滤干燥即得；所述石墨烯的纯度为99.9％以上；所述锰酸锂的目数为800目；所述醋酸锂的目数为1200目。
一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料的制备方法，具体步骤为：
(1)首先，将改性石墨烯与锰酸锂、醋酸锂进行搅拌，在氮气保护下加入浓硫酸，于15℃下搅拌47min，制成半成品；
(2)最后，将半成品与丙烯腈、硝基吡啶、甘氨酸进行混匀搅拌，搅拌转速为320r/min，搅拌时间为30min，接着离心洗涤，随后置于4℃温度下真空冷冻干燥，即得。
实施例4
一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，按照重量份的主要原料为：改性石墨烯37份、锰酸锂41份、醋酸锂17份、丙烯腈10份、硝基吡啶6份、甘氨酸6份；所述改性石墨烯的制备方法为：将石墨烯氧化处理后与二甲基亚砜、葡聚糖反应，再每隔5min依次与月桂酸酯、三聚氰胺、聚乙烯醇、甘油胺反应，真空抽滤干燥即得；所述石墨烯的纯度为99.9％以上；所述锰酸锂的目数为800目；所述醋酸锂的目数为1200目。
一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料的制备方法，具体步骤为：
(1)首先，将改性石墨烯与锰酸锂、醋酸锂进行搅拌，在氮气保护下加入浓硫酸，于20℃下搅拌60min，制成半成品；
(2)最后，将半成品与丙烯腈、硝基吡啶、甘氨酸进行混匀搅拌，搅拌转速为320r/min，搅拌时间为30min，接着离心洗涤，随后置于4℃温度下真空冷冻干燥，即得。
实施例5
一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，按照重量份的主要原料为：改性石墨烯40份、锰酸锂44份、醋酸锂18份、丙烯腈10份、硝基吡啶6份、甘氨酸6份；所述改性石墨烯的制备方法为：将石墨烯氧化处理后与二甲基亚砜、葡聚糖反应，再每隔5min依次与月桂酸酯、三聚氰胺、聚乙烯醇、甘油胺反应，真空抽滤干燥即得；所述石墨烯的纯度为99.9％以上；所述锰酸锂的目数为800目；所述醋酸锂的目数为1200目。
一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料的制备方法，具体步骤为：
(1)首先，将改性石墨烯与锰酸锂、醋酸锂进行搅拌，在氮气保护下加入浓硫酸，于20℃下搅拌60min，制成半成品；
(2)最后，将半成品与丙烯腈、硝基吡啶、甘氨酸进行混匀搅拌，搅拌转速为320r/min，搅拌时间为30min，接着离心洗涤，随后置于4℃温度下真空冷冻干燥，即得。
对比例1
一种石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，按照重量份的主要原料为：石墨烯35份、锰酸锂38份、醋酸锂15份、丙烯腈9份、硝基吡啶5份、甘氨酸5份；所述锰酸锂的目数为800目；所述醋酸锂的目数为1200目。
一种石墨烯掺杂的锰酸锂电材料的制备方法，具体步骤为：
(1)首先，将石墨烯与锰酸锂、醋酸锂进行搅拌，制成半成品；
(2)最后，将半成品与丙烯腈、硝基吡啶、甘氨酸进行混匀搅拌，搅拌转速为320r/min，搅拌时间为30min，接着离心洗涤，随后置于4℃温度下真空冷冻干燥，即得。
对比例2
一种锰酸锂电材料，按照重量份的主要原料为：锰酸锂38份、醋酸锂15份、丙烯腈9份；所述锰酸锂的目数为800目；所述醋酸锂的目数为1200目。
一种锰酸锂电材料的制备方法，具体步骤为：
(1)首先，将锰酸锂和醋酸锂进行搅拌，制成半成品；
(2)最后，将半成品与丙烯腈进行混匀搅拌，搅拌转速为320r/min，搅拌时间为30min，接着离心洗涤，随后置于4℃温度下真空冷冻干燥，即得。
对比例3
一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，按照重量份的主要原料为：改性石墨烯35份、锰酸锂38份、醋酸锂15份、丙烯腈9份、硝基吡啶5份、甘氨酸5份；所述改性石墨烯的制备方法为：将石墨烯氧化处理后与二甲基亚砜、葡聚糖反应，再每隔5min依次与月桂酸酯、三聚氰胺、聚乙烯醇、甘油胺反应，真空抽滤干燥即得；所述石墨烯的纯度为99.9％以上；所述锰酸锂的目数为800目；所述醋酸锂的目数为1200目。
一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料的制备方法，具体步骤为：
(1)首先，将改性石墨烯与锰酸锂、醋酸锂进行搅拌，制成半成品；
(2)最后，将半成品与丙烯腈、硝基吡啶、甘氨酸进行混匀搅拌，搅拌转速为320r/min，搅拌时间为30min，接着离心洗涤，随后置于4℃温度下真空冷冻干燥，即得。
检测实验
将实施例1-5及对比例1-3制备的锰酸锂电正极材料制备成1665132型号锂离子动力电池(型号H16*W65*L132mm的叠片软包电池)，压实密度在3.0g/cm3以上，体积能量密度在450Wh/L以上；电芯在3.0V-4.2V电压下，1C放电克容量发挥120mAh/g以上。
所制备的锂离子电池具有优异的循环性能，常温下1C充放循环2000次容量保持在90％以上；6C倍率下放电是1C容量的98％以上；3C/10V过充测试电池不起火不爆炸；高温循环优异，60℃下1C充放循环1000次容量保持在88％以上；具有良好的安全性能，针刺、挤压、过充、过放等测试不爆炸、不起火。具体测试结果见表1所示:
表1
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，其特征在于，按照重量份的主要原料为：改性石墨烯30-40份、锰酸锂28-44份、醋酸锂12-18份、丙烯腈8-10份、硝基吡啶4-6份、甘氨酸2-6份；所述改性石墨烯的制备方法为：将石墨烯氧化处理后与二甲基亚砜、葡聚糖反应，再每隔5min依次与月桂酸酯、三聚氰胺、聚乙烯醇、甘油胺反应，真空抽滤干燥即得。
2.根据权利要求1所述的改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，其特征在于，所述改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，按照重量份的主要原料为：改性石墨烯33-37份、锰酸锂34-41份、醋酸锂13-17份、丙烯腈8-10份、硝基吡啶4-6份、甘氨酸2-6份；所述改性石墨烯的制备方法为：将石墨烯氧化处理后与二甲基亚砜、葡聚糖反应，再每隔5min依次与月桂酸酯、三聚氰胺、聚乙烯醇、甘油胺反应，真空抽滤干燥即得。
3.根据权利要求1或2所述的改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，其特征在于，所述改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，按照重量份的主要原料为：改性石墨烯35份、锰酸锂38份、醋酸锂15份、丙烯腈9份、硝基吡啶5份、甘氨酸5份；所述改性石墨烯的制备方法为：将石墨烯氧化处理后与二甲基亚砜、葡聚糖反应，再每隔5min依次与月桂酸酯、三聚氰胺、聚乙烯醇、甘油胺反应，真空抽滤干燥即得。
4.根据权利要求3所述的改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，其特征在于，所述石墨烯的纯度为99.9％以上。
5.根据权利要求4所述的改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，其特征在于，所述锰酸锂的目数为800目。
6.根据权利要求5所述的改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料，其特征在于，所述醋酸锂的目数为1200目。
7.一种如权利要求1-6任一所述的改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)首先，将改性石墨烯与锰酸锂、醋酸锂进行搅拌，在氮气保护下加入浓硫酸，于10℃-20℃下搅拌30-60min，制成半成品；
(2)最后，将半成品与丙烯腈、硝基吡啶、甘氨酸进行混匀搅拌，搅拌转速为320r/min，搅拌时间为30min，接着离心洗涤，随后置于4℃温度下真空冷冻干燥，即得。
8.根据权利要求7所述的改性石墨烯掺杂的锰酸锂电材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中于15℃下搅拌47min。
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