一种石墨烯复合的钴酸锂正极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯复合的钴酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：1)在气氛加热炉中装入钴酸锂粉末，并通入保护气氛，加热，再通入碳源气体，碳源气体在钴酸锂催化下分解为碳原子，分解得到的碳原子溶入钴酸锂中，形成碳原子-钴酸锂固溶体；2)在保护气氛中降温，溶入钴酸锂的碳原子渗析至钴酸锂表面，形成石墨烯薄膜包覆着钴酸锂，得到石墨烯复合的钴酸锂正极材料。本发明专利技术制备的石墨烯复合的钴酸锂正极材料具有优良的电子导电性、高倍率充放电性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到锂离子电池正极材料制造的
，特别涉及到一种石墨烯复合的钴酸锂正极材料的制备方法。
技术介绍
随着便携式电子设备的迅猛发展，能源市场对可再生的、能量高、寿命长的蓄电池需求量越来越大，而锂离子电池作为其中电压最高、能量密度最大的电池，具有良好的发展前景。在锂离子电池中，正极材料是其最为重要的组成部分，也是决定锂离子电池性能的关键。钴酸锂、磷酸钒锂和磷酸铁锂作为正极材料已经得到大规模的应用。其中钴酸锂(LiCoO2)具有3.7V平均输出电压，高达140mAh/g的能量密度，并且具有循环性能和热稳定性良好等优点。这些优点使得钴酸锂被认为是最具潜力的高压电池正极材料，倍受产业的关注。但随着智能手机的迅猛发展，对手机电池性能的要求也越来越高，传统LiCoO2正极材料的能量密度已逐渐不能满足需求，所以进一步提高LiCoO2正极材料的能量密度是钴酸锂发展的迫切需求。随着人们对锂离子LiCoO2正极材料的了解，人们发现其表面结构对其电化学性能有着很大的影响，由于碳材料优异的导电性、电化学稳定性、物理属性和廉价的成本，碳包覆成为锂离子电池中应用最广泛的方法之一。碳包覆与纳米技术相结合，可提供更好的导电性、更快的锂离子扩散速度，从而得到更好的倍率性能。近几年来，石墨烯作为良好的导电材料也被用于包覆或掺杂钴酸锂，改善钴酸锂的电子导电性，不过这些钴酸锂和石墨烯的复合材料以及其制备方法也存在着钴酸锂和石墨烯分散不足，接触不够密切等问题。因此，钴酸锂和石墨烯的复合材料还需要进一步改进，使得两者之间形成有效的充分分散和密切接触，同时保证石墨烯还原比较充分，电子导电性更好。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨烯复合的钴酸锂正极材料的制备方法，制得的正极材料具有优良的电子导电性、高倍率充放电性能和循环性能。为此，本专利技术采用以下技术方案：一种石墨烯复合的钴酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：1)在气氛加热炉中装入钴酸锂粉末，并通入保护气氛，加热，再通入碳源气体，碳源气体在钴酸锂催化下分解为碳原子，分解得到的碳原子溶入钴酸锂中，形成碳原子-钴酸锂固溶体；2)在保护气氛中降温，溶入钴酸锂的碳原子渗析至钴酸锂表面，形成石墨烯薄膜包覆着钴酸锂，得到石墨烯复合的钴酸锂正极材料。优选的，所述保护气氛为氩气或者氮气。优选的，所述加热的温度为600℃-1000℃，加热时间为1h-12h。优选的，所述碳源气体为碳氢气体，其中所述碳氢气体每个气体分子中含有1-7个碳原子。优选的，所述在保护气氛中降温的速度为3℃/min-300℃/min。优选的，所述方法还包括通过控制通入碳源气体的量来控制石墨烯在制得的石墨烯复合的钴酸锂正极材料中的质量分数。根据任一上述的方法制得的石墨烯复合的钴酸锂正极材料，所述石墨烯复合的钴酸锂正极材料具有核壳结构，内核为钴酸锂，外壳为石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜均匀分布在钴酸锂表面且密切地包覆着钴酸锂，其中石墨烯的质量百分比为1％-5％。本专利技术采用以上技术方案，形成的石墨烯复合的钴酸锂材料，具有核壳结构，内核为钴酸锂，外壳为石墨烯薄膜，石墨烯薄膜均匀的包覆着钴酸锂，石墨烯薄膜均匀分布在钴酸锂表面且密切地包覆着钴酸锂，用作锂电池的正极材料，具有优良的电子导电性、高倍率充放电性能和循环性能。附图说明图1为本专利技术石墨烯复合的钴酸锂正极材料的制备方法示意图。图2为本专利技术石墨烯复合的钴酸锂正极材料的电镜扫描图。图3为本专利技术石墨烯复合的钴酸锂正极材料的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合附图及实施例，对本专利技术的具体实施方式做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理解本专利技术，但是本专利技术能够以很多不同于描述的其他方式来实施。因此，本专利技术不受以下公开的具体实施的限制。一种石墨烯复合的钴酸锂正极材料的制备方法，如图1所示，主要包括如下步骤：S1，在气氛加热炉中装入钴酸锂粉末，并通入保护气氛，加热，再通入碳源气体，碳源气体在钴酸锂催化下分解为碳原子，分解得到的碳原子溶入钴酸锂中，形成碳原子-钴酸锂固溶体；其中，所述保护气氛为氩气或者氮气；所述所述加热的温度为600℃-1000℃，加热时间为1h-12h；所述碳源气体为碳氢气体，其中所述碳氢气体每个气体分子中含有1-7个碳原子。S2，在保护气氛中降温，溶入钴酸锂的碳原子渗析至钴酸锂表面，形成石墨烯薄膜包覆着钴酸锂，得到石墨烯复合的钴酸锂正极材料；其中，所述在保护气氛中降温的速度为3℃/min-300℃/min。其中，所述方法还包括通过控制通入碳源气体的量来控制石墨烯在制得的石墨烯复合的钴酸锂正极材料中的质量分数。根据上述方法制得的石墨烯复合的钴酸锂正极材料，如图2、图3所示，具有核壳结构，内核为钴酸锂1，外壳为石墨烯薄膜2，所述石墨烯薄膜2均匀分布在钴酸锂表面且密切地包覆着钴酸锂1，其中石墨烯的质量百分比为1％-5％。实施例一：根据上述方法制得的石墨烯复合的钴酸锂正极材料，如图2、图3所示，具有核壳结构，内核为钴酸锂1，外壳为石墨烯薄膜2，所述石墨烯薄膜2均匀分布在钴酸锂表面且密切地包覆着钴酸锂1，其中石墨烯的质量百分比为1％。实施例二根据上述方法制得的石墨烯复合的钴酸锂正极材料，如图2、图3所示，具有核壳结构，内核为钴酸锂1，外壳为石墨烯薄膜2，所述石墨烯薄膜2均匀分布在钴酸锂表面且密切地包覆着钴酸锂1，其中石墨烯的质量百分比为3％。实施例三根据上述方法制得的石墨烯复合的钴酸锂正极材料，如图2、图3所示，具有核壳结构，内核为钴酸锂1，外壳为石墨烯薄膜2，所述石墨烯薄膜2均匀分布在钴酸锂表面且密切地包覆着钴酸锂1，其中石墨烯的质量百分比为5％。电化学性能测试：将上述实施例中得到的石墨烯复合的钴酸锂正极材料粉末进行导电性能测试，并与钴酸锂粉末的导电率进行比较，结果如下：由此可见，本专利技术所述的方法制得的石墨烯复合的钴酸锂正极材料具有优良的电子导电性。再将上述实施例中的石墨烯复合的钴酸锂正极材料分别作为正极活性物质，按照活性物质、乙炔黑、PVDF在NMP溶剂中进行充分混合，涂覆在铝箔上，在100℃下真空干燥10h，冷却至室温后冲成直径为10mm的正极片。以锂箔为负极，以Celgard2400为隔膜，电解液采用1.0molL-1LiPF6的EC\本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯复合的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)在气氛加热炉中装入钴酸锂粉末，并通入保护气氛，加热，再通入碳源气体，碳源气体在钴酸锂催化下分解为碳原子，分解得到的碳原子溶入钴酸锂中，形成碳原子‑钴酸锂固溶体；2)在保护气氛中降温，溶入钴酸锂的碳原子渗析至钴酸锂表面，形成石墨烯薄膜包覆着钴酸锂，得到石墨烯复合的钴酸锂正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合的钴酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：包括如下
步骤：
1)在气氛加热炉中装入钴酸锂粉末，并通入保护气氛，加热，再通入碳源
气体，碳源气体在钴酸锂催化下分解为碳原子，分解得到的碳原子溶入钴酸锂
中，形成碳原子-钴酸锂固溶体；
2)在保护气氛中降温，溶入钴酸锂的碳原子渗析至钴酸锂表面，形成石墨
烯薄膜包覆着钴酸锂，得到石墨烯复合的钴酸锂正极材料。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合的钴酸锂正极材料的制备方法，
其特征在于：所述保护气氛为氩气或者氮气。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合的钴酸锂正极材料的制备方法，
其特征在于：所述加热的温度为600℃-1000℃，加热时间为1h-12h。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合的钴酸锂正极材料的制备方法，

【专利技术属性】
技术研发人员：王振中，
申请(专利权)人：无锡市惠诚石墨烯技术应用有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32