CN110510600A - 一种石墨烯动力锂电池材料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯动力锂电池材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯动力锂电池材料，它是由下述重量份的原料组成的：丙烯酸3‑5、氢氧化锂100‑150、磷酸亚铁铵400‑500、碳纳米管30‑40、羟基乙叉二膦酸1‑2、烧结助剂7‑9、硬脂酸铝2‑4、硝酸镧0.8‑1、碳酸钠1‑2，本发明采用丙烯酸、羟基乙叉二膦酸共混处理碳纳米管，然后与烧结助剂共混反应，再进行煅烧，纳米碳粉可以均匀的分布在石墨烯的层间，从而能够提高成品电池材料的电循环稳定性。

Description

一种石墨烯动力锂电池材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种石墨烯动力锂电池材料及其制备方法。
背景技术
锂离子动力电池是目前国内外公认的最有潜力的车载电池，主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解质等部分组成；其中，正极材料是锂离子电池的重要组成部分，也是决定锂离子电池性能的关键因素；因此，从资源、环保及安全性能方面考虑，寻找锂离子电池的理想电极活性材料仍是国际能源材料工作者所要解决的首要难题；
目前已经商业化的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂；钴酸锂是目前广泛应用于小型锂离子电池的正极材料，但由于钴有毒、资源储量有限价格昂贵，且钴酸锂材料作为正极材料组装的电池安全性和热稳定性不好，在高温下会产生氧气，满足不了动力电池的技术要求；锰酸锂虽然价格低廉、环保、安全、倍率性能和安全性能好，但是其理论容量不高，循环使用性能、热稳定性和高温性能较差，在应用中的最大问题是循环性能不好，特别是高温下，材料中的三价锰离子和大倍率放电时在颗粒表面形成的二价锰离子，使得材料在电解液中的溶解明显，最终破坏了锰酸锂的结构，也降低了材料的循环性能；因此，寻找一种导电稳定性好，综合性能优越的锂离子动力电池材料对于现代化的发展十分重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种石墨烯动力锂电池材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种石墨烯动力锂电池材料，它是由下述重量份的原料组成的：
丙烯酸3-5、氢氧化锂100-150、磷酸亚铁铵400-500、碳纳米管30-40、羟基乙叉二膦酸1-2、烧结助剂7-9、硬脂酸铝2-4、硝酸镧0.8-1、碳酸钠1-2。
所述烧结助剂是由下述重量份的原料组成的：
纳米碳粉3-5、苯酚20-27、37%的甲醛16-24、氢氧化钠1-2、硅烷偶联剂kh550 0.7-1。
所述烧结助剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取硅烷偶联剂kh550，加入到其重量10-17倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入纳米碳粉，升高温度为60-65℃，保温搅拌1-2小时，得硅烷分散液；
（2）取苯酚、37%的甲醛混合，搅拌均匀，送入到85-90℃的水浴中，加入氢氧化钠，保温搅拌3-4小时，加入到上述硅烷分散液中，超声10-20分钟，抽滤，将滤饼水洗，干燥，得烧结助剂。
步骤（2）中的干燥温度为95-100℃，干燥时间为40-60分钟。
一种石墨烯动力锂电池材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取碳纳米管，加入到其重量30-40倍的、浓度为96-98%的硝酸溶液中，超声10-13小时，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得预处理碳纳米管；
（2）取丙烯酸、羟基乙叉二膦酸，与预处理碳纳米管混合，加入到混合料重量4-7倍的去离子水中，在60-65℃下保温搅拌1-2小时，得碳纳米管分散液；
（3）取硝酸镧、碳酸钠混合，加入到上述碳纳米管分散液中，搅拌反应40-60分钟，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得预混料；
（4）取氢氧化锂、预混料混合，加入到混合料重量10-15倍的去离子水中，搅拌均匀，加入烧结助剂，送入到70-75℃的恒温水浴中，保温搅拌2-3小时，出料冷却，加入磷酸亚铁铵，搅拌均匀，抽滤，将滤饼水洗，与硬脂酸铝混合，送入烧结炉中，通入氩气，煅烧10-20小时，出料冷却，即得所述石墨烯动力锂电池材料。
步骤（4）中所述的煅烧，其温度为800-950℃。
本发明的优点：
本发明首先采用硅烷偶联剂kh550处理纳米碳粉，然后以苯酚、37%的甲醛为原料制备烧结助剂，该烧结助剂可以有效的提高烧结强度，提高力学和导电稳定性，本发明采用丙烯酸、羟基乙叉二膦酸共混处理碳纳米管，然后与烧结助剂共混反应，再进行煅烧，纳米碳粉可以均匀的分布在石墨烯的层间，从而能够提高成品电池材料的电循环稳定性。
具体实施方式
实施例1
一种石墨烯动力锂电池材料，它是由下述重量份的原料组成的：
丙烯酸3、氢氧化锂100、磷酸亚铁铵400、碳纳米管30、羟基乙叉二膦酸1、烧结助剂7、硬脂酸铝2、硝酸镧0.8、碳酸钠1。
所述烧结助剂是由下述重量份的原料组成的：
纳米碳粉3、苯酚20、37%的甲醛16、氢氧化钠1、硅烷偶联剂kh550 0.7。
所述烧结助剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取硅烷偶联剂kh550，加入到其重量10倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入纳米碳粉，升高温度为60℃，保温搅拌1小时，得硅烷分散液；
（2）取苯酚、37%的甲醛混合，搅拌均匀，送入到85℃的水浴中，加入氢氧化钠，保温搅拌3小时，加入到上述硅烷分散液中，超声10分钟，抽滤，将滤饼水洗，干燥，得烧结助剂。
步骤（2）中的干燥温度为95℃，干燥时间为40分钟。
一种石墨烯动力锂电池材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取碳纳米管，加入到其重量30倍的、浓度为96%的硝酸溶液中，超声10小时，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得预处理碳纳米管；
（2）取丙烯酸、羟基乙叉二膦酸，与预处理碳纳米管混合，加入到混合料重量4倍的去离子水中，在60℃下保温搅拌1小时，得碳纳米管分散液；
（3）取硝酸镧、碳酸钠混合，加入到上述碳纳米管分散液中，搅拌反应40分钟，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得预混料；
（4）取氢氧化锂、预混料混合，加入到混合料重量10倍的去离子水中，搅拌均匀，加入烧结助剂，送入到70℃的恒温水浴中，保温搅拌2小时，出料冷却，加入磷酸亚铁铵，搅拌均匀，抽滤，将滤饼水洗，与硬脂酸铝混合，送入烧结炉中，通入氩气，煅烧10小时，出料冷却，即得所述石墨烯动力锂电池材料。
步骤（4）中所述的煅烧，其温度为800℃。
实施例2
一种石墨烯动力锂电池材料，它是由下述重量份的原料组成的：
丙烯酸5、氢氧化锂150、磷酸亚铁铵500、碳纳米管40、羟基乙叉二膦酸2、烧结助剂7-9、硬脂酸铝4、硝酸镧1、碳酸钠2。
所述烧结助剂是由下述重量份的原料组成的：
纳米碳粉5、苯酚27、37%的甲醛24、氢氧化钠2、硅烷偶联剂kh550 1。
所述烧结助剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取硅烷偶联剂kh550，加入到其重量17倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入纳米碳粉，升高温度为65℃，保温搅拌2小时，得硅烷分散液；
（2）取苯酚、37%的甲醛混合，搅拌均匀，送入到90℃的水浴中，加入氢氧化钠，保温搅拌4小时，加入到上述硅烷分散液中，超声20分钟，抽滤，将滤饼水洗，干燥，得烧结助剂。
步骤（2）中的干燥温度为100℃，干燥时间为60分钟。
一种石墨烯动力锂电池材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取碳纳米管，加入到其重40倍的、浓度为98%的硝酸溶液中，超声13小时，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得预处理碳纳米管；
（2）取丙烯酸、羟基乙叉二膦酸，与预处理碳纳米管混合，加入到混合料重量7倍的去离子水中，在65℃下保温搅拌2小时，得碳纳米管分散液；
（3）取硝酸镧、碳酸钠混合，加入到上述碳纳米管分散液中，搅拌反应40-60分钟，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得预混料；
（4）取氢氧化锂、预混料混合，加入到混合料重量15倍的去离子水中，搅拌均匀，加入烧结助剂，送入到75℃的恒温水浴中，保温搅拌3小时，出料冷却，加入磷酸亚铁铵，搅拌均匀，抽滤，将滤饼水洗，与硬脂酸铝混合，送入烧结炉中，通入氩气，煅烧20小时，出料冷却，即得所述石墨烯动力锂电池材料。
步骤（4）中所述的煅烧，其温度为950℃。
性能测试：
实施例1的石墨烯动力锂电池材料；
振实密度：2.27g/cm3；
比容量（25℃，1C，vs li,mAh/g）135.1；
循环10次后，比容量为132.5mAh/g；
实施例2的石墨烯动力锂电池材料；
振实密度：2.28g/cm3；
比容量（25℃，1C，vs li,mAh/g）135.2；
循环10次后，比容量为131.8 mAh/g。

Claims (6)

1.一种石墨烯动力锂电池材料，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：
丙烯酸3-5、氢氧化锂100-150、磷酸亚铁铵400-500、碳纳米管30-40、羟基乙叉二膦酸1-烧结助剂7-9、硬脂酸铝2-4、硝酸镧0.8-1、碳酸钠1-2。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯动力锂电池材料，其特征在于，所述烧结助剂是由下述重量份的原料组成的：
纳米碳粉3-5、苯酚20-27、37%的甲醛16-24、氢氧化钠1-2、硅烷偶联剂kh550 0.7-1。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯动力锂电池材料，其特征在于，所述烧结助剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取硅烷偶联剂kh550，加入到其重量10-17倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入纳米碳粉，升高温度为60-65℃，保温搅拌1-2小时，得硅烷分散液；
（2）取苯酚、37%的甲醛混合，搅拌均匀，送入到85-90℃的水浴中，加入氢氧化钠，保温搅拌3-4小时，加入到上述硅烷分散液中，超声10-20分钟，抽滤，将滤饼水洗，干燥，得烧结助剂。
4.根据权利要求3所述的一种石墨烯动力锂电池材料，其特征在于，步骤（2）中的干燥温度为95-100℃，干燥时间为40-60分钟。
5.一种如权利要求1所述石墨烯动力锂电池材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取碳纳米管，加入到其重量30-40倍的、浓度为96-98%的硝酸溶液中，超声10-13小时，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得预处理碳纳米管；
（2）取丙烯酸、羟基乙叉二膦酸，与预处理碳纳米管混合，加入到混合料重量4-7倍的去离子水中，在60-65℃下保温搅拌1-2小时，得碳纳米管分散液；
（3）取硝酸镧、碳酸钠混合，加入到上述碳纳米管分散液中，搅拌反应40-60分钟，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得预混料；
（4）取氢氧化锂、预混料混合，加入到混合料重量10-15倍的去离子水中，搅拌均匀，加入烧结助剂，送入到70-75℃的恒温水浴中，保温搅拌2-3小时，出料冷却，加入磷酸亚铁铵，搅拌均匀，抽滤，将滤饼水洗，与硬脂酸铝混合，送入烧结炉中，通入氩气，煅烧10-20小时，出料冷却，即得所述石墨烯动力锂电池材料。
6.根据权利要求5所述的一种石墨烯动力锂电池材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述的煅烧，其温度为800-950℃。
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