納米復(fù)合材料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池以其高能量密度、長循環(huán)壽命和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，成為“21世紀(jì)的綠色電池”是便攜式電子產(chǎn)品不可或缺的部件，更是國家未來重點(diǎn)發(fā)展的新興戰(zhàn)略性節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)一新能源電動(dòng)汽車最具應(yīng)用前景的動(dòng)力電池。電動(dòng)汽車所用的鋰離子電池除應(yīng)具有高能量、高功率、長壽命等技術(shù)指標(biāo)，還應(yīng)具備安全可靠及低成本等特點(diǎn)，而正極材料則是限制鋰離子動(dòng)力電池發(fā)展的關(guān)鍵因素。尖晶石LiMn2O4以其原材料資源豐富、成本低、安全性好、無環(huán)境污染、易制備等優(yōu)點(diǎn)，成為鋰動(dòng)力電池首選正極材料，但從實(shí)際應(yīng)用來看，其容量衰減快、高倍率充放電等問題則是制約其應(yīng)用的瓶頸。雖然通過對(duì)尖晶石LiMn2O4進(jìn)行體相摻雜和表面包覆能在一定程度上提高其循環(huán)性能，但是以降低活性材料的比容量為代價(jià)的并不能顯著提高材料的電化學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種比容量高同時(shí)電循環(huán)性能優(yōu)良的石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料制備方法。
[0004]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):一種石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料制備方法，包括1.石墨烯制備:將氧化石墨用去離子水分散，用超聲波處理器振動(dòng)獲得含有氧化石墨烯納米層的混合液，之后將獲得的棕色氧化石墨烯混合液倒人圓底燒瓶.加入水合肼作為還原劑，混合液在100°c下回流,溶液的顏色逐漸變?yōu)楹谏?，最后將混合液過濾、清洗，得到黑色的蛋糕狀濾餅，干燥后得到石墨烯材料粉末，最后將其放置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下500°c灼燒2h ；2.納米尖晶石LiMn2O2正極材料制備:以檸檬酸、錳鹽、鋰鹽等按制備納米尖晶石LiMn2O2電極材料的化學(xué)計(jì)量比計(jì)量，加入蒸餾水，攪拌至樣品完全溶解，將燒杯置于水浴鍋中，加熱至80°C，反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)用電磁攪拌器攪拌.直至形成淺黃色疏松狀固體，將樣品在120°C烘干12h，之后在350°C下灼燒3 h.冷卻后在瓷缽中碾磨，得到LiMn2O4的前驅(qū)體，將前驅(qū)體轉(zhuǎn)入坩堝中，置于馬弗爐中750°C灼燒12h，樣品在爐內(nèi)自然冷卻，冷卻后將樣品碾磨過篩即得納米尖晶石LiMn2O2電極材料；3.石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料制備:將制備的石墨烯和納米尖晶LiMn2O4正極材料溶解在去離子水中.用超聲波處理器進(jìn)行高能量振動(dòng)24h.放入冰箱冰凍，之后移入冷凍干燥機(jī)進(jìn)行冷凍干燥即得石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料。
[0005]所述石墨烯制備步驟中，所述氧化石墨為采用改進(jìn)的Hmnmers法制備。
[0006]本發(fā)明具有如下有益效果:
制備過程簡單，制備的石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料，其放電比容量為124.30mAh.g—1，循環(huán)100周后，對(duì)應(yīng)容量保持率為96.66%，具有良好的電化學(xué)性能。
【具體實(shí)施方式】
[0007]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0008]具體實(shí)施例:本發(fā)明所述制備過程是:包括1.石墨烯制備:采用氧化還原法將氧化石墨用去離子水分散，所述氧化石墨為采用改進(jìn)的Hmnmers法制備,用超聲波處理器振動(dòng)獲得含有氧化石墨烯納米層的混合液，之后將獲得的棕色氧化石墨烯混合液倒人圓底燒瓶.加入水合肼作為還原劑，混合液在100°C下回流,溶液的顏色逐漸變?yōu)楹谏詈髮⒒旌弦哼^濾、清洗，得到黑色的蛋糕狀濾餅，干燥后得到石墨烯材料粉末，最后將其放置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下500°C灼燒2h ；2.納米尖晶石LiMn2O2正極材料制備:采用溶膠凝膠法以檸檬酸、錳鹽、鋰鹽等按制備納米尖晶石LiMn2O2電極材料的化學(xué)計(jì)量比計(jì)量，加入蒸餾水，攪拌至樣品完全溶解，將燒杯置于水浴鍋中，加熱至80°C，反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)用電磁攪拌器攪拌.直至形成淺黃色疏松狀固體，將樣品在120°C烘干12h，之后在350°C下灼燒3h.冷卻后在瓷缽中碾磨，得到LiMn2O4的前驅(qū)體，將前驅(qū)體轉(zhuǎn)入坩堝中，置于馬弗爐中750°C灼燒12h，樣品在爐內(nèi)自然冷卻，冷卻后將樣品碾磨過篩即得納米尖晶石LiMn2O2電極材料；3.石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料制備:將制備的石墨烯和納米尖晶LiMn 204正極材料溶解在去離子水中.用超聲波處理器進(jìn)行高能量振動(dòng)24h.放入冰箱冰凍，之后移入冷凍干燥機(jī)進(jìn)行冷凍干燥即得石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料。
[0009]制作電極，按80 %的復(fù)合材料和20 %的聚偏氟乙烯粘合劑的質(zhì)量百分比組成:在氬氣保護(hù)的手套箱中組裝三電極模擬電池和2032型扣式電池，以金屬鋰片做為參比電極和對(duì)電極，電解液為 Imol.T1LiPF6-EC:DEC:DMC (I:1:1, V / V / V)
恒流充放電測(cè)試在高精度電池測(cè)定儀上進(jìn)行，電流密度為0.1C，采用電化學(xué)工作站進(jìn)行循環(huán)伏安和電化學(xué)阻抗譜測(cè)試，掃描速度0.1 mV.S'掃描電壓3.3?4.3 V.電化學(xué)阻抗譜的測(cè)試頻率為105Hz?10_2Hz，施加的交流信號(hào)振幅為5mV。阻抗測(cè)試前，電極在設(shè)定的極化電位下極化Ih。
[0010]經(jīng)測(cè)試制備的石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料，其放電比容量為124.30mAh.g_\循環(huán)100周后，對(duì)應(yīng)容量保持率為96.66%，具有良好的電化學(xué)性能
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所做的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料制備方法，其特征在于:包括1.石墨烯制備:將氧化石墨用去離子水分散，用超聲波處理器振動(dòng)獲得含有氧化石墨烯納米層的混合液，之后將獲得的棕色氧化石墨烯混合液倒人圓底燒瓶.加入水合肼作為還原劑，混合液在100°C下回流，溶液的顏色逐漸變?yōu)楹谏?，最后將混合液過濾、清洗，得到黑色的蛋糕狀濾餅，干燥后得到石墨烯材料粉末，最后將其放置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下500°C灼燒2h;
2.納米尖晶石LiMn2O2正極材料制備:以檸檬酸、錳鹽、鋰鹽等按制備納米尖晶石LiMn2O2電極材料的化學(xué)計(jì)量比計(jì)量，加入蒸餾水，攪拌至樣品完全溶解，將燒杯置于水浴鍋中，加熱至80°C，反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)用電磁攪拌器攪拌.直至形成淺黃色疏松狀固體，將樣品在120°C烘干12h，之后在350°C下灼燒3 h.冷卻后在瓷缽中碾磨，得到LiMn2O4的前驅(qū)體，將前驅(qū)體轉(zhuǎn)入坩堝中，置于馬弗爐中750°C灼燒12h，樣品在爐內(nèi)自然冷卻，冷卻后將樣品碾磨過篩即得納米尖晶石LiMn2O2電極材料；3.石墨烯/尖晶石LiMn 204納米復(fù)合材料制備:將制備的石墨烯和納米尖晶LiMn2O4正極材料溶解在去離子水中.用超聲波處理器進(jìn)行高能量振動(dòng)24h.放入冰箱冰凍，之后移入冷凍干燥機(jī)進(jìn)行冷凍干燥即得石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料。 2.如權(quán)利要求1所述的石墨烯/尖晶石LiMn204納米復(fù)合材料制備方法，其特征在于:所述石墨烯制備步驟中，所述氧化石墨為采用改進(jìn)的Hmnmers法制備。
【專利摘要】一種石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料制備方法，屬于鋰離子電池正極材料制備領(lǐng)域。針對(duì)目前對(duì)尖晶石LiMn204進(jìn)行體相摻雜和表面包覆能提高循環(huán)性能，但是以降低活性材料的比容量為代價(jià)的問題，提供比容量高同時(shí)電循環(huán)性能優(yōu)良的石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料制備方法。所述制備方法采用溶膠凝膠法和還原氧化石墨法制備尖晶石LiMn204納米晶和石墨烯納米片，并采用冷凍干燥法制備了石墨烯/尖晶石LiMn204納米復(fù)合材料。該制備方法過程簡單，將制備的石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料制成電極，其放電比容量為124.30mAh·g-1，循環(huán)100周后，對(duì)應(yīng)容量保持率為96。66％，具有良好的電化學(xué)性能。
【IPC分類】H01M2-36
【公開號(hào)】CN104617251
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410744294
【發(fā)明人】賀燦輝
【申請(qǐng)人】賀燦輝
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月9日