一种石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料的制备方法，涉及电池正极材料技术领域。本发明专利技术制备方法包括氧化石墨烯还原、石墨烯/氧化铝溶胶制备、石墨烯/氧化铝共包覆正极材料制备，本发明专利技术制备方法的整个反应过程和实验操作为连续性的，整个制备过程工艺简单、实验周期短，连续的反应和实验操作避免了杂质的引入，制得的锂离子电池正极材料同时具备较好的加工性能、倍率性能和循环性能、安全性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池正极材料
，涉及一种石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有高比能量、高功率密度、长循环寿命等优点，广泛应用于电动车、移动电话、笔记本电脑、便携式摄像机等电动设备。常用锂离子电池正极材料一般是含锂的变价金属化合物，目前广泛使用的锂离子电池正极材料主要有磷酸铁锂、三元材料、磷酸锰铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、硅酸铁锂和富锂材料等。随着电动汽车和电子产品的不断升级换代，对电池的要求也不断提高，因而对电池材料的能量密度也有更高的要求。因此，迫切需要提供具有高能量密度，并同时具有良好的循环性能、倍率放电性能及安全性能的锂离子电池正极材料。石墨烯凭借其独特的二维晶体结构展现出许多优异性质，其特殊的力学、电学、光学和热学等特性使其在超级电容器、电池、生物医学等领域表现出良好的应用潜力。石墨烯良好的导电性和稳定性使其可以作为导电基体制备纳米复合材料，改进复合材料的导电性。通过石墨烯对锂离子电池正极材料进行包覆改性，可以有效提高材料的加工性能和倍率性能。氧化铝因具有较好的稳定性和安全性，同样可以应用于锂离子正极材料的包覆改性。但是，现有技术中制备石墨烯/氧化铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法复杂，成本高，而且制备的正极材料能量密度、循环性能、倍率放电性能也不是很理想。
技术实现思路
针对现有技术不足，本专利技术提供一种石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料的制备方法，解决了现有技术中石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料制备方法复杂，成本高，正极材料能量密度低、电性能差的技术问题。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将石墨和高氯酸钾按质量比为1：4～12置入反应容器中，加入浓酸，其中浓酸体积mL与石墨质量g的比为60～180：1，加热升温到50～80℃，搅拌5～15h，搅拌结束后经抽滤、洗涤、超声处理得到氧化石墨烯酸性溶液；S2、向步骤S1制得的氧化石墨烯酸性溶液中加入铝粉，其中铝粉和步骤S1中石墨的质量比为3～9：1，搅拌0.3～2h，搅拌结束后滴加NH3·H2O溶液生成沉淀，其中NH3·H2O和铝粉的摩尔比为3～5：1，再滴加酸液使沉淀水解并经过老化形成石墨烯/氧化铝溶胶；S3、向石墨烯/氧化铝溶胶中加入锂离子电池正极材料，加热至40～80℃，搅拌反应0.5～1.5h，得到石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料前驱体；S4、将石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料前驱体粉碎，然后置入惰性气体氛围下煅烧3～9h，即可制得石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料。优选的，步骤S1所述浓酸为浓硫酸、浓硝酸、浓磷酸中的至少一种。优选的，步骤S2所述酸液为稀磷酸、稀硝酸或稀硫酸中的一种。优选的，步骤S4所述石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料前驱体粉碎的方式为研磨、球磨或气流粉碎中的一种。优选的，步骤S4所述惰性气体为氩气或者氮气。优选的，步骤S4所述煅烧的升温程序为以3～5℃/min升温到400～800℃，保温5～7h。优选的，所述步骤S1为将石墨和高氯酸钾按质量比为1：9置入反应容器中，加入浓酸，其中浓酸体积mL与石墨质量g的比为90：1，加热升温到50～80℃，搅拌5～15h，搅拌结束后加入去离子水抽滤、离心洗涤除去杂质，再经超声剥离处理得到氧化石墨烯酸性溶液。优选的，步骤S1所述石墨的目数为100～800目。优选的，步骤S2所述铝粉与石墨质量比为6:1，所述NH3·H2O和铝粉的摩尔比为4:1。优选的，步骤S3所述锂离子电池正极材料为三元材料、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、硅酸铁锂或富锂材料中的一种。本专利技术提供一种石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料的制备方法，与现有技术相比优点在于：本专利技术制备方法实现了氧化石墨烯还原、石墨烯/氧化铝溶胶制备、石墨烯/氧化铝共包覆正极材料制备反应过程和实验操作的连续性，整个制备过程工艺简单、实验周期短，连续的反应和实验操作避免了杂质的引入；本专利技术制备方法中首先将氧化石墨烯还原，直接利用还原产物中的铝离子和石墨烯制备溶胶，制备了具有石墨烯和氧化铝双重功能的石墨烯/氧化铝溶胶，合理利用了原材料、降低了实验成本，再将具有双重功能的石墨烯/氧化铝溶胶对锂离子电池正极材料进行包覆处理后，制得的锂离子电池正极材料同时具备较好的加工性能、倍率性能和循环性能、安全性能。附图说明图1为本专利技术实施例制备石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料的流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本专利技术实施例对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：本实施例石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料的制备方法，如图1所示流程图，包括以下步骤：S1、将1g石墨和9g高氯酸钾置入干净的玻璃烧杯中，其中石墨的目数为600目，再加入90mL浓硝酸，加热升温到70℃，搅拌反应12h，反应结束后加去离子水抽滤、离心洗涤除去杂质，再经超声剥离处理便得到氧化石墨烯酸性溶液；S2、向步骤S1制得的氧化石墨烯酸性溶液中加入6g铝粉，搅拌反应40min，反应结束后滴加NH3·H2O溶液直至沉淀完全，然后滴加适量稀硫酸使沉淀水解并经过30min老化形成石墨烯/氧化铝溶胶，其中NH3·H2O和铝粉的摩尔比为4:1；S3、向上述石墨烯/氧化铝溶胶中加入锂离子电池三元正极材料，加热至70℃搅拌反应1h，得到石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池三元正极材料前驱体；S4、将上述石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池三元正极材料前驱体研磨成粉末，然后置入N2气氛马弗炉中在500℃高温条件下煅烧6h，即可制得石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池三元正极材料。实施例2：本实施例石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料的制备方法，如图1所示流程图，包括以下步骤：S1、将1g石墨和12g高氯酸钾置入干净的玻璃烧杯中，其中石墨的目数为800目，加入180mL浓硝酸，加热升温到80℃，搅拌反应15h，反应结束后加去离子水抽滤、离心洗涤除去杂质，再经超声剥离处理便得到氧化石墨烯酸性溶液；S2、向步骤S1制得的氧化石墨烯酸性溶液中加入6g铝粉，搅拌反应2h，反应结束后滴加NH3·H2O溶液直至沉淀完全，然后滴加适量稀硝酸使沉淀水解并经过30min老化形成石墨烯/氧化铝溶胶，其中NH3·H2O和铝粉的摩尔比为5:1；S3、向上述石墨烯/氧化铝溶胶中加入锂离子电池镍锰酸锂正极材料，加热至80℃搅拌反应1.5h，得到石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池镍锰酸锂正极材料前驱体；S4、将上述石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池镍锰酸锂正极材料前驱体研磨成粉末，然后置入氩气气氛马弗炉中，以5℃/min升温到800℃，保温9h，即可制得石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池镍锰酸锂正极材料。实施例3：本实施例石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料的制备方法，如图1所示流程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将石墨和高氯酸钾按质量比为1：4～12置入反应容器中，加入浓酸，其中浓酸体积mL与石墨质量g的比为60～180：1，加热升温到50～80℃，搅拌5～15h，搅拌结束后经抽滤、洗涤、超声处理得到氧化石墨烯酸性溶液；S2、向步骤S1制得的氧化石墨烯酸性溶液中加入铝粉，其中铝粉和步骤S1中石墨的质量比为3～9：1，搅拌0.3～2h，搅拌结束后滴加NH3·H2O溶液生成沉淀，其中NH3·H2O和铝粉的摩尔比为3～5：1，再滴加酸液使沉淀水解并经过老化形成石墨烯/氧化铝溶胶；S3、向石墨烯/氧化铝溶胶中加入锂离子电池正极材料，加热至40～80℃，搅拌反应0.5～1.5h，得到石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料前驱体；S4、将石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料前驱体粉碎，然后置入惰性气体氛围下煅烧3～9h，即可制得石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将石墨和高氯酸钾按质量比为1：4～12置入反应容器中，加入浓酸，其中浓酸体积mL与石墨质量g的比为60～180：1，加热升温到50～80℃，搅拌5～15h，搅拌结束后经抽滤、洗涤、超声处理得到氧化石墨烯酸性溶液；S2、向步骤S1制得的氧化石墨烯酸性溶液中加入铝粉，其中铝粉和步骤S1中石墨的质量比为3～9：1，搅拌0.3～2h，搅拌结束后滴加NH3·H2O溶液生成沉淀，其中NH3·H2O和铝粉的摩尔比为3～5：1，再滴加酸液使沉淀水解并经过老化形成石墨烯/氧化铝溶胶；S3、向石墨烯/氧化铝溶胶中加入锂离子电池正极材料，加热至40～80℃，搅拌反应0.5～1.5h，得到石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料前驱体；S4、将石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料前驱体粉碎，然后置入惰性气体氛围下煅烧3～9h，即可制得石墨烯/氧化铝共包覆锂离子电池正极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1所述浓酸为浓硫酸、浓硝酸、浓磷酸中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2所述酸液为稀磷酸、稀硝酸或稀...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈杨，汪伟伟，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34