CN109888257A - 一种石墨烯包覆改性锂离子电池正极材料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯包覆改性锂离子电池正极材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯包覆改性锂离子电池正极材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)将石墨烯‑Mn/磷酸锰铁锂浆料、三元材料浆料、聚偏氟乙烯按照重量比进行混合，涂覆在铝箔表面烘干，(2)将氧化石墨加入去离子水，超声打散，然后加入高锰酸钾和磷酸锰铁锂，随后干燥，并和PVDF制作浆料，溶剂为NMP，浆料粘度为4000‑6000mpa·s，即获得石墨烯‑Mn/磷酸锰铁锂浆料，将三元材料、氧化石墨、PVDF制作浆料，溶剂为NMP，调节浆料粘度为5000‑10000mpa·s，获得三元材料浆料，(3)所述三元材料为NCM523、NCM622、NCM811中的一种。石墨烯在正极材料表面形成导电网络，大大提高锂离子的传输速率，Mn/磷酸锰铁锂的锰离子和锂离子导体包覆层的形成有助于提高锂离子的传输性能。

Description

一种石墨烯包覆改性锂离子电池正极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池电极制备领域，具体涉及一种石墨烯包覆改性锂离子电池正极材料及其制备方法。
背景技术
随着工业发展以及人类活动的日趋活跃，人类对能源的消耗日趋增大，而地下非可再生资源日趋短缺，能源供需矛盾日益激化，能源问题已成为影响人类生存和发展的关键问题之一。新储能体系的锂离子电池应该具有电压高、容量大、无记忆效应和寿命长等优点，可广泛应用于移动电话、数码相机、笔记本电脑等数码产品和电动车、混合电动车等动力工具。
锂离子电池中正极材料是影响电池性能的关键因素，理想的锂离子电池正极材料应当具备高容量、高倍率、高循环性能，同时还应具备环境友好和成本低等优势。然而，目前的锂离子电池正极材料还不能很好的满足上述对锂离子电池的高要求，上述要求中容量性能和循环性能是评价电池正极材料好坏的关键指标，在目前的研究中，这两个指标往往难以同时满足，因此寻找同时满足高容量和好的循环性能的锂离子电池正极材料成为各研究者的主要目标。目前，三元正极材料，特别是高镍三元材料由于其成本优势和电性能特点逐渐成为研究热点。然而随着镍含量的增加，材料在电解液中的稳定性越差，所制备电池的循环性能越差。同时，较高的残碱不利于电池材料的加工。为了改善这些问题，对材料进行掺杂和包覆改性是有效的方法。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种效率高、成本低、出品率高的石墨烯包覆改性锂离子电池正极材料及其制备方法，解决了锂电池正极充放电循环、倍率性能不很理想的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯包覆改性锂离子电池正极材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂浆料、三元材料浆料、聚偏氟乙烯按照重量比(50～100)：(90～98)：(1～10)进行混合，超声波搅拌0.5～2h后，将混合液体涂覆在铝箔表面，于惰性气氛中100～150℃温度区间烘干，再按照锂电池行业三元正极极片的制备步骤制备三元正极极片；
(2)石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂浆料制备：将1g～2g氧化石墨加入200ml～500ml的去离子水中，超声打散，超声搅拌10min～30min，然后加入2g～4g高锰酸钾和0.3g～0.5g磷酸锰铁锂，搅拌10min～30min，随后在80℃下搅拌干燥至液体成为固体状态石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂，将固体状态石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂：PVDF＝(45～50)∶1为配比制作浆料，溶剂为N-甲基吡咯烷酮NMP，首先将PVDF加入到NMP中搅拌1.5h～2h，再加入石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂搅拌分散2.5h～4h，适当添加NMP调节浆料粘度为4000-6000mpa·s，即获得石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂浆料。
进一步，所述三元材料浆料制备方法为，将三元材料：氧化石墨：PVDF＝(45～50)：(1～2):(1～2)为配比制作浆料，溶剂为N-甲基吡咯烷酮NMP，首先将PVDF加入到NMP中搅拌1.5h～2h，再加入氧化石墨分散1.5h～2h，最后加入三元材料搅拌分散2.5h～4h，适当添加NMP调节浆料粘度为5000-10000mpa·s，即获得三元材料浆料。
进一步，所述惰性气氛为氩气气氛。
进一步，所述三元材料为NCM523、NCM622、NCM811中的一种。
本发明具有以下有益效果：石墨烯一方面在正极材料表面形成导电网络，利于电子传输，特殊的网络结构有利于充放电循环过程中锂离子和电解质的传输，大大提高锂离子的传输速率，Mn/磷酸锰铁锂的锰离子和锂离子导体包覆层的形成有助于提高锂离子的传输性能，因此得到的正极材料电化学性能有较大的提高，循环稳定性和倍率性能都有所改善。
具体实施方式
以下对本发明的各个方面进行详述，如无具体说明，本发明的各种原料均可通过根据本领域的常规方法制备得到或市售得到。
实施例1
一种石墨烯包覆改性锂离子电池正极材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂浆料、三元材料浆料、聚偏氟乙烯按照重量比50：90：1～10进行混合，超声波搅拌0.5h后，将混合液体涂覆在铝箔表面，于惰性气氛中100℃温度区间烘干，再按照锂电池行业三元正极极片的制备步骤制备三元正极极片。
(2)石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂浆料制备：将1g氧化石墨加入200ml的去离子水中，超声打散，超声搅拌10min，然后加入2g高锰酸钾和0.3g磷酸锰铁锂，搅拌10min，随后在80℃下搅拌干燥至液体成为固体状态石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂，将固体状态石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂：PVDF＝45∶1为配比制作浆料，溶剂为N-甲基吡咯烷酮NMP，首先将PVDF加入到NMP中搅拌1.5h，再加入石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂搅拌分散2.5h，适当添加NMP调节浆料粘度为4000mpa·s，即获得石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂浆料。
三元材料浆料制备：将三元材料：氧化石墨：PVDF＝45：1:1为配比制作浆料，溶剂为N-甲基吡咯烷酮NMP，首先将PVDF加入到NMP中搅拌1.5h，再加入氧化石墨分散1.5h，最后加入三元材料搅拌分散2.5h，适当添加NMP调节浆料粘度为5000mpa·s，即获得三元材料浆料。
进一步，所述惰性气氛为氩气气氛。
进一步，所述三元材料为NCM523、NCM622、NCM811中的一种。
实施例2
一种石墨烯包覆改性锂离子电池正极材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂浆料、三元材料浆料、聚偏氟乙烯按照重量比80：95：6进行混合，超声波搅拌1h后，将混合液体涂覆在铝箔表面，于惰性气氛中120℃温度区间烘干，再按照锂电池行业三元正极极片的制备步骤制备三元正极极片。
(2)石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂浆料制备：将1.5g氧化石墨加入400ml的去离子水中，超声打散，超声搅拌20min，然后加入3g高锰酸钾和0.4g磷酸锰铁锂，搅拌20min，随后在80℃下搅拌干燥至液体成为固体状态石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂，将固体状态石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂：PVDF＝48∶1为配比制作浆料，溶剂为N-甲基吡咯烷酮NMP，首先将PVDF加入到NMP中搅拌2h，再加入石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂搅拌分散3h，适当添加NMP调节浆料粘度为5000mpa·s，即获得石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂浆料。
三元材料浆料制备：将三元材料：氧化石墨：PVDF＝48：1:2为配比制作浆料，溶剂为N-甲基吡咯烷酮NMP，首先将PVDF加入到NMP中搅拌2h，再加入氧化石墨分散2h，最后加入三元材料搅拌分散3h，适当添加NMP调节浆料粘度为8000mpa·s，即获得三元材料浆料。
进一步，所述惰性气氛为氩气气氛。
进一步，所述三元材料为NCM523、NCM622、NCM811中的一种。
实施例3
一种石墨烯包覆改性锂离子电池正极材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂浆料、三元材料浆料、聚偏氟乙烯按照重量比100：98：9进行混合，超声波搅拌2h后，将混合液体涂覆在铝箔表面，于惰性气氛中150℃温度区间烘干，再按照锂电池行业三元正极极片的制备步骤制备三元正极极片。
(2)石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂浆料制备：将2g氧化石墨加入500ml的去离子水中，超声打散，超声搅拌30min，然后加入4g高锰酸钾和0.5g磷酸锰铁锂，搅拌30min，随后在80℃下搅拌干燥至液体成为固体状态石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂，将固体状态石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂：PVDF＝50∶1为配比制作浆料，溶剂为N-甲基吡咯烷酮NMP，首先将PVDF加入到NMP中搅拌2h，再加入石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂搅拌分散4h，适当添加NMP调节浆料粘度为6000mpa·s，即获得石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂浆料。
三元材料浆料制备：将三元材料：氧化石墨：PVDF＝50：1:2为配比制作浆料，溶剂为N-甲基吡咯烷酮NMP，首先将PVDF加入到NMP中搅拌2h，再加入氧化石墨分散2h，最后加入三元材料搅拌分散4h，适当添加NMP调节浆料粘度为10000mpa·s，即获得三元材料浆料。
进一步，所述惰性气氛为氩气气氛。
进一步，所述三元材料为NCM523、NCM622、NCM811中的一种。
本发明不局限于所述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (5)

1.一种石墨烯包覆改性锂离子电池正极材料及其制备方法，其特征在于：按照以下步骤进行制备，将石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂浆料、三元材料浆料、聚偏氟乙烯按照重量比(50～100)：(90～98)：(1～10)进行混合，超声波搅拌0.5～2h后，将混合液体涂覆在铝箔表面，于惰性气氛中100～150℃温度区间烘干，再按照锂电池行业三元正极极片的制备步骤制备三元正极极片。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆改性锂离子电池正极材料及其制备方法，其特征在于：所述石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂浆料制备，将1g～2g氧化石墨加入200ml～500ml的去离子水中，超声打散，超声搅拌10min～30min，然后加入2g～4g高锰酸钾和0.3g～0.5g磷酸锰铁锂，搅拌10min～30min，随后在80℃下搅拌干燥至液体成为固体状态石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂，将固体状态石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂：PVDF＝(45～50)∶1为配比制作浆料，溶剂为N-甲基吡咯烷酮NMP，首先将PVDF加入到NMP中搅拌1.5h～2h，再加入石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂搅拌分散2.5h～4h，适当添加NMP调节浆料粘度为4000-6000mpa·s，即获得石墨烯-Mn/磷酸锰铁锂浆料。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆改性锂离子电池正极材料及其制备方法，其特征在于：所述三元材料浆料制备，将三元材料：氧化石墨：PVDF＝(45～50)：(1～2):(1～2)为配比制作浆料，溶剂为N-甲基吡咯烷酮NMP，首先将PVDF加入到NMP中搅拌1.5h～2h，再加入氧化石墨分散1.5h～2h，最后加入三元材料搅拌分散2.5h～4h，适当添加NMP调节浆料粘度为5000-10000mpa·s，即获得三元材料浆料。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆改性锂离子电池正极材料及其制备方法，其特征在于：所述惰性气氛为氩气气氛。
5.根据权利要求3所述的一种石墨烯包覆改性锂离子电池正极材料及其制备方法，其特征在于：所述三元材料为NCM523、NCM622、NCM811中的一种。
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