本發(fā)明是一種鋰離子電池正極材料的制備方法，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在鋰離子電池充電過程中，Li+從正極脫出，釋放電子，Li+經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，同時電子的補償電荷從外電路轉(zhuǎn)移到負極維持電荷平衡；電池放電時，電子從負極經(jīng)外部電路到達正極，在電池內(nèi)部，Li+向正極遷移，嵌入到正極，并由外電路得到電子。因此，電池的充放電過程伴隨著Li+及電子的擴散、傳輸過程，而Li+及電子的擴散、傳輸速度就直接決定著電池的各項電化學(xué)性能。
隨著社會的發(fā)展，人們對鋰離子電池的性能要求越來越高。尤其對于動力鋰離子電池，要求續(xù)航能力強、充放電功率大、循環(huán)性能好等。正極材料作為動力電池的核心關(guān)鍵材料，占據(jù)電池制造成本的25％以上，其性能直接影響著電池的能量密度、循環(huán)壽命、安全性等主要性能，在鋰離子電池中占據(jù)著核心地位。但目前商用的大部分正極活性材料，由于自身結(jié)構(gòu)的限制，仍然難以滿足要求，是發(fā)展高能量密度、高循環(huán)壽命、高倍率性能、快速充放電鋰離子電池的瓶頸技術(shù)。因此，如何提高鋰電正極材料的導(dǎo)電性，縮短Li+及電子的傳輸路徑，加快Li+及電子的傳輸速度，改性正極材料進而滿足鋰電市場需求已成為研究熱點。
石墨烯是一種新型二維納米材料，具有超強的導(dǎo)電性能，是目前導(dǎo)電性最好的材料。同時具有超高的電子遷移率(200000cm2/V.S)、熱導(dǎo)率(5000W/m.K)。利用石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性、超大的比表面積、獨特的二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改性正極活性材料，將大大提高材料的導(dǎo)電性能，能有效縮短電池充放電過程中Li+及電子的傳輸路徑,加快兩者的傳輸速度。這對于提高鋰電池的倍率性能、循環(huán)壽命、充電速度具有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)有商用鋰電正極材料性能的不足而設(shè)計提供了一種鋰離子電池正極材料的制備方法，該方法利用石墨烯獨特的二維結(jié)構(gòu)及優(yōu)異的導(dǎo)電性，改性目前商用的正極材料，提高鋰電正極材料的倍率性能、循環(huán)壽命、充電速度等。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
該種鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：該方法步驟如下：
步驟一、單分散石墨烯溶液的制備
將石墨烯加入到酒精溶液中，利用超聲振蕩方式制備出單分散的石墨烯溶液，該溶液中石墨烯的重量百分比濃度為0.5％，所述酒精溶液的質(zhì)量百分比濃度為20％～100％；
步驟二、將石墨烯溶液移至高速剪切乳化均質(zhì)機中進行剪切分散，得到石墨稀均勻溶液，剪切乳化均質(zhì)機的工作頻率為20～60HZ，剪切時間為10min～60min。
步驟三、將正極活性材料粉末添加到石墨烯均勻溶液中，一同裝進氧化鋯球磨罐中進行球磨機械混合，球磨時間為10h～24h，得到混合漿料，所述正極活性材料粉末是磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰，正極活性材料粉末的加入量占石墨烯和正極活性材料粉末總質(zhì)量的95％～99.9％；
步驟四、將混合漿料取出，放入烘箱中烘干，烘箱溫度為50℃～100℃，烘干后的物料經(jīng)過粉碎、過篩即得到正極活性材料/石墨烯復(fù)合材料粉末。
石墨烯的形狀為納米片，其外廓尺寸為10μm～20μm。
正極活性材料粉末為單晶或二次團聚體。
本發(fā)明中石墨烯對正極活性材料能形成良好的包覆效果，應(yīng)用于鋰離子電池，石墨烯與其他導(dǎo)電碳材料能形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高了正極活性物質(zhì)的導(dǎo)電性，加快了電子與鋰離子的傳輸速度。本發(fā)明簡單易行，適用于工程化生產(chǎn)，能顯著提高鋰離子電池的循環(huán)性能、倍率性能、充放電速度等。
本發(fā)明方法還具有以下特點：
a.通過超聲波振蕩加剪切分散的方式，使石墨烯充分分散，同時將石墨烯片徑剪切成適宜尺寸大小，利于實現(xiàn)石墨烯對活性正極材料顆粒一致、均勻的包覆。
b.將正極活性材料與石墨烯溶液一同裝入氧化鋯球磨罐中進行機械球磨，能實現(xiàn)石墨烯與正極活性材料顆粒的良好復(fù)合，同時材料顆粒細化，混合更均勻，提高了材料的倍率性和一致性。
本發(fā)明方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點是實現(xiàn)了石墨烯與正極活性材料的良好復(fù)合，本工藝簡單，易于實現(xiàn)大批量正極活性材料/石墨烯復(fù)合材料的制備，且不影響目前商用正極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，有利于工程應(yīng)用。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的說明。
實施例1
采用本發(fā)明方法制備LiFePO4/石墨烯復(fù)合材料的步驟如下：
步驟1：將1g石墨烯加入到200mL酒精溶液中，配制0.5wt％的石墨烯溶液。玻璃棒攪勻后用超聲波振蕩方式制備出單分散的石墨烯溶液；
步驟2：將石墨烯溶液移至高速剪切乳化均質(zhì)機中進行剪切分散，得到石墨稀均勻溶液。頻率設(shè)為30HZ，剪切時間為30min；
步驟3：:將100g正極活性材料粉末添加到石墨烯溶液中，一同裝入氧化鋯球磨罐通過球磨機械混合，混合時間為24h；
步驟4：將混合漿料取出，放入烘箱中烘干，烘箱溫度為80℃；
步驟5：烘干后的材料經(jīng)過粉碎、過400目篩即得到正極活性材料/石墨烯復(fù)合材料粉末。
實施例2
采用本發(fā)明方法制備LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/石墨烯復(fù)合材料的步驟如下：
步驟1：將1g石墨烯加入到200mL酒精溶液中，配制0.5wt％的石墨烯溶液。玻璃棒攪勻后用超聲波振蕩方式制備出單分散的石墨烯溶液；
步驟2：將石墨烯溶液移至高速剪切乳化均質(zhì)機中進行剪切分散，得到石墨稀均勻溶液。頻率設(shè)為30HZ，剪切時間為30min；
步驟3：:將100g正極活性材料粉末添加到石墨烯溶液中，一同裝入氧化鋯球磨罐通過球磨機械混合，混合時間為24h；
步驟4：將混合漿料取出，放入烘箱中烘干，烘箱溫度為80℃；
步驟5：烘干后的材料經(jīng)過粉碎、過400目篩即得到正極活性材料/石墨烯復(fù)合材料粉末。
實施例3
采用本發(fā)明方法制備LiNi0.8Co0.15Al0.05/石墨烯復(fù)合材料的步驟如下：
步驟1：將1g石墨烯加入到200mL酒精溶液中，配制0.5wt％的石墨烯溶液。玻璃棒攪勻后用超聲波振蕩方式制備出單分散的石墨烯溶液；
步驟2：將石墨烯溶液移至高速剪切乳化均質(zhì)機中進行剪切分散，得到石墨稀均勻溶液。頻率設(shè)為30HZ，剪切時間為30min；
步驟3：:將100g正極活性材料粉末添加到石墨烯溶液中，一同裝入氧化鋯球磨罐通過球磨機械混合，混合時間為24h；
步驟4：將混合漿料取出，放入烘箱中烘干，烘箱溫度為80℃；
步驟5：烘干后的材料經(jīng)過粉碎、過400目篩即得到正極活性材料/石墨烯復(fù)合材料粉末。
采用以上工藝制備的正極活性材料顆粒/石墨烯復(fù)合材料同未復(fù)合石墨烯的正極材料相比(做成鋰離子電池進行性能測試)，0.1C充放電倍率下，比容量提高10mAh/g以上，20C充放電倍率下，比容量提高50mAh/g以上；100次循環(huán)后，電池容量衰減低于5％。