一种石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料及其制备方法，其中，所述方法包括以廉价易得的碳酸锂、四氧化三锰和液态聚丙烯腈低聚物作为原料，通过研磨、喷雾干燥、预加热、高温煅烧、搅拌、喷雾干燥、预氧化、二次高温煅烧处理，制备出石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料。通过本发明专利技术方法所制得的石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料，石墨烯的掺杂有效地控制晶粒的生长，材料内部晶粒有序排列，堆积较为密实，维持了电极材料的结构稳定性；同时石墨烯优异的导电性能加快了复合材料的电子迁移速率，有效提高电极材料的导电性，使材料在大倍率充放电条件下仍具有良好的循环稳定性。

A graphene-doped lithium manganate cathode material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料及其制备方法
本专利技术涉及化工领域，尤其涉及一种石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料及其制备方法。
技术介绍
随着人们对二次电池的比容量、比功率、小型化和轻型化以及环保要求方面的提高，锂离子电池作为新型绿色能源，以其能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、无污染、安全性能好等独特的优势，现已广泛用作移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等的电源，并在国防军工、航天航海、人造卫星、小型医疗仪及军用通讯设备中逐步替代传统的电池。短短十多年的迅速发展，锂离子电池在小型可充电电池的市场中的占有率已经超过并部分取代了传统的铅酸电池和镍镉、镍氢电池，逐渐成为小型二次电池的主流。锰酸锂(LiMn2O4)具有电压平台高、低温性和倍率性能好、环境友好的优点，且锰资源非常丰富，与磷酸铁锂、三元材料相比，成本优势突出，成为新一代绿色正极材料。随着动力电池和储能等相关的产业的迅猛发展，对LiMn2O4正极材料的要求也越来越高。而纯相LiMn2O4的循环性能、电化学稳定性较差等缺点限制了其广泛应用。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料及其制备方法，旨在解决现有锰酸锂正极材料的循环性能、电化学稳定性较差的问题。本专利技术的技术方案如下：一种石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法，其中，包括步骤：A、按照Li：Mn摩尔比为1-1.2:2的比例将碳酸锂和四氧化三锰加入到去离子水中，研磨均匀得到混合液；B、对所述正极材料浆料进行喷雾干燥处理，得到正极材料前驱体；C、在空气气氛下先对所述正极材料前驱体进行预加热处理，然后再进行煅烧处理，得到锰酸锂正极材料；D、按照一定比例加入锰酸锂正极材料与液态聚丙烯腈低聚物到去离子水中进行搅拌，后进行喷雾干燥处理，得到石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料前驱体；E、在空气气氛下对所述石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料前驱体进行预氧化处理，然后再进行二次高温煅烧处理，得到石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料。所述的石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法，其中，所述液态丙烯腈低聚物的相对分子质量为100-100000，所述液态丙烯腈低聚物的加入量为锰酸锂质量的10-30％。所述的石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法，其中，所述步骤A中研磨的时间为1-20h。所述的石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法，其中，所述步骤B中喷雾干燥处理时的温度为120-240℃。所述的石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法，其中，所述步骤C中预加热处理的温度为100-400℃，处理时间为1-12h。所述的石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法，其中，所述步骤C中煅烧处理的温度为500-900℃，处理时间为1-12h。所述的石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法，其中，所述步骤D中搅拌的时间为1-24h。所述的石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法，其中，所述步骤D中喷雾干燥处理时的温度为120-240℃。所述的石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法，其中，所述步骤E中预氧化处理的温度为200-400℃，处理时间为1-12h。所述的石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法，其中，所述步骤E中二次高温煅烧处理的温度为500-900℃，处理时间为1-12h。一种石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料，其中，采用上述任一所述的制备方法制成。有益效果：本专利技术以廉价易得的碳酸锂、四氧化三锰和液态聚丙烯腈低聚物作为原料，通过研磨、喷雾干燥、预加热、高温煅烧、搅拌、喷雾干燥、预氧化、二次高温煅烧处理，制备出石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料。通过本专利技术方法制得的石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料中，石墨烯的掺杂有效地控制晶粒的生长，材料内部晶粒有序排列，堆积较为密实，维持了电极材料的结构稳定性；同时石墨烯优异的导电性能加快了复合材料的电子迁移速率，有效提高电极材料的导电性，使材料在大倍率充放电条件下仍具有良好的循环稳定性。本专利技术提供的制备方法简单易实现、环保无污染、成本低廉。附图说明图1为本专利技术石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法较佳实施例的流程图。图2是0.1C条件下实施例1与对比实施例恒电流充放电首圈U-C图。图3为1.0C条件下实施例1与对比实施例恒电流放电循环曲线对比图。具体实施方式本专利技术提供了一种石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，图1为本专利技术石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法较佳实施例的流程图，如图所示，其中包括步骤：S10、按照Li：Mn摩尔比为1-1.2:2的比例将碳酸锂和四氧化三锰加入到去离子水中，研磨均匀得到正极材料前驱体浆料；S20、对所述正极材料前驱体浆料进行喷雾干燥处理，得到正极材料前驱体；S30、在空气气氛下先对所述正极材料前驱体进行预加热处理，然后再进行煅烧处理，得到锰酸锂正极材料；S40、按照一定比例加入锰酸锂正极材料与液态聚丙烯腈低聚物到去离子水中进行搅拌，后进行喷雾干燥处理，得到石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料前驱体；S50、在空气气氛下对所述石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料前驱体进行预氧化处理，然后再进行二次高温煅烧处理，得到石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料；在本实施方式中，首先在步骤S10中按照Li：Mn摩尔比为1-1.2:2的比例称取碳酸锂和四氧化三锰原材料，将所述原材料加入到去离子水中，将所述混合溶液放置在砂磨机中高速研磨1-20h，即可得到混合均匀的混合液。在所述步骤S20中，对所述正极材料前驱体浆料进行喷雾干燥处理，进风温度调节为120-240℃，进料速率设置为25r/min，得到正极材料前驱体。在所述步骤S30中，将所述正极材料前驱体放置在马弗炉中，在空气气氛下对所述正极材料前驱体进行预加热处理，预加热处理的温度为100-400℃，处理时间为1-12h；之后对所述正极材料前驱体进行高温煅烧处理，煅烧处理的温度为500-900℃，处理时间为1-12h，此时得到锰酸锂正极材料。在所述步骤S40中，按照一定比例加入锰酸锂正极材料与液态聚丙烯腈低聚物到去离子水中进行搅拌1-24h，得到正极材料浆料，后对正极材料浆料进行喷雾干燥处理，进风温度调节为120-240℃，进料速率设置为25r/min，得到石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料前驱体。具体来说，在所述混合液中加入的液态丙烯腈低聚物的量为锰酸锂质量的10-30％，所述液态丙烯腈低聚物的相对分子质量为100-100000，所述液态丙烯腈低聚物优选为丙烯腈的均聚物或丙烯腈与其它烯类单体的共聚物，所述其它系类单体为聚乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸或亚甲基丁二酸中的一种或多种。在所述步骤S50中，将所述石墨烯掺杂的正极材料前驱体放置在马弗炉中，在压缩空气气氛下对所述石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料前驱体进行预氧化处理，预加热处理的温度为200-400℃，处理时间为1-12h；之后对所述石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料前驱体进行高温煅烧处理，煅烧处理的温度为500-900℃，处理时间为1-12h，此时得到石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料。基于上述方法，本专利技术还提供一种石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料，其中，采用上述方法制备而成。下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：A、按照Li：Mn摩尔比为1‑1.2:2的比例将碳酸锂和四氧化三锰加入到去离子水中，研磨均匀得到正极材料前驱体浆料；B、对所述正极材料前驱体浆料进行喷雾干燥处理，得到正极材料前驱体；C、在空气气氛下先对所述正极材料前驱体进行预加热处理，然后再进行煅烧处理，得到锰酸锂正极材料；D、按照一定比例加入锰酸锂正极材料与液态聚丙烯腈低聚物到去离子水中进行搅拌，后进行喷雾干燥处理，得到石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料前驱体；E、在空气气氛下对所述石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料前驱体进行预氧化处理，然后再进行二次高温煅烧处理，得到石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：A、按照Li：Mn摩尔比为1-1.2:2的比例将碳酸锂和四氧化三锰加入到去离子水中，研磨均匀得到正极材料前驱体浆料；B、对所述正极材料前驱体浆料进行喷雾干燥处理，得到正极材料前驱体；C、在空气气氛下先对所述正极材料前驱体进行预加热处理，然后再进行煅烧处理，得到锰酸锂正极材料；D、按照一定比例加入锰酸锂正极材料与液态聚丙烯腈低聚物到去离子水中进行搅拌，后进行喷雾干燥处理，得到石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料前驱体；E、在空气气氛下对所述石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料前驱体进行预氧化处理，然后再进行二次高温煅烧处理，得到石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料。2.根据权利要求1所述的石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤B中喷雾干燥处理时的温度为120-240℃。3.根据权利要求1所述的石墨烯掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤C中预加热处理的温度为100-400℃，处理时间为1-12h。4.根据权利要求1所述的石墨烯掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑洪，冯斌斌，张小勇，孔金丽，李凯，黄少銮，熊威，王祎，张汉平，杨明，林文忠，
申请(专利权)人：深圳市本征方程石墨烯技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44