一种含石墨烯包覆单晶正极材料的锂离子电池电极的制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池电极领域，具体涉及到一种含石墨烯包覆单晶正极材料的锂离子电池电极的制备方法。一种含石墨烯包覆单晶正极材料的锂离子电池电极的制备方法，步骤包括将含石墨烯包覆单晶正极材料与导电剂和粘结剂混合后再加入N‑甲基吡咯烷酮调节固含量后涂布在集流体上制备得到。本发明专利技术提供一种含石墨烯包覆单晶正极材料的锂离子电池电极的制备方法，通过该制备方法得到锂离子电池电极，由于包含特殊正极材料，其表面覆盖有特定形貌的石墨烯，这种形貌覆盖的石墨烯不会改变单晶正极材料原有的晶相结构与尺寸，有利于所制备得到的锂离子电池的阻抗更小、45℃循环容量保持率更高、高倍率放电和充电容量保持率更高，优化锂离子电池的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种含石墨烯包覆单晶正极材料的锂离子电池电极的制备方法
本专利技术属于锂离子电池电极领域，更具体地，本专利技术涉及一种含石墨烯包覆单晶正极材料的锂离子电池电极的制备方法。
技术介绍
随着近几年锂离子电池及其相关材料制备技术的发展，锂离子电池无疑已取代了镍氢、铅酸等电池成为科技含量高且应用最为广泛的新一代电源，具有绿色环保、能量密度高、循环性能好、安全性能好等优势，被称为“最有前途的化学电源”，中国已成为全球锂离子电池发展最迅速及最活跃的地区之一。锂离子电池正极材料是决定电池性能的关键因素之一，因此当前形势下，开发出具有良好热安全性能和循环稳定性能的锂离子电池正极材料已迫在眉睫。石墨烯作为一种新型碳纳米材料，具有远大于传统材料的比表面积，以及较高的电导率和优异的耐腐蚀性，可用于提高锂离子电池的倍率性能等。但石墨烯在应用到锂离子电池正极材料时极易相互团聚，堆积密度较低并难以分散，这会使电池的体积能量密度降低和极片涂覆工艺难度加大。并且，对于石墨烯材料和正极材料混合的复合材料，由于石墨烯材料和正极材料接触不充分而接触电阻很大，因此急需设计一种能使石墨烯均匀分散于正极材料表面的制备工艺，提高锂离子电池的使用性能。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术第一个方面提供了一种含石墨烯包覆单晶正极材料的锂离子电池电极的制备方法，步骤包括将含石墨烯包覆单晶正极材料与导电剂和粘结剂混合后再加入N-甲基吡咯烷酮调节固含量后涂布在集流体上制备得到；且所述含石墨烯包覆单晶正极材料是通过将含有石墨烯的胶液与正极活性物质进行混合后得到浆料，将浆料干燥得到；所述正极活性物质为单晶材料，具有单晶形貌，包括LiCoO2和\或LiNixCoyMnzO2和\或LiNixCoyAlzO2，x+y+z＝1，0.2≤x≤0.95，0.05≤y≤0.4，0.05≤z≤0.5；晶体结构为层状，属于R-3m空间群。作为一种优选的技术方案，所述含石墨烯包覆单晶正极材料、导电剂和粘结剂按照质量比为(90～99)：(0.5～5)：(0.5～5)混合。作为一种优选的技术方案，所述导电剂选自碳类材料、金属类材料、导电聚合物中的一种或多种。作为一种优选的技术方案，所述粘结剂选自聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸酯化的苯乙烯-丁二烯橡胶、环氧树脂、尼龙中的一种或多种。作为一种优选的技术方案，所述含石墨烯包覆单晶正极材料的TEM图满足附图1-3；且所述含石墨烯包覆单晶正极材料的SEM图满足附图4-6。作为一种优选的技术方案，所述含石墨烯包覆单晶正极材料中石墨烯在单晶正极材料表面的包覆厚度小于10nm。作为一种优选的技术方案，所述含石墨烯包覆单晶正极材料中石墨烯与正极材料表面的最长距离小于3nm；更优选的，所述含石墨烯包覆单晶正极材料中石墨烯与正极材料表面的最长距离几乎为0nm。作为一种优选的技术方案，所述含石墨烯包覆单晶正极材料中石墨烯与其在正极材料的接触点处的切线的夹角小于5°；更优选的，所述含石墨烯包覆单晶正极材料中石墨烯与其在正极材料的接触点处的切线的夹角几乎为0°。作为一种优选的技术方案，所述含石墨烯包覆单晶正极材料和单晶正极材料的X射线测试结果一致，石墨烯包覆的单晶正极材料的图谱与单晶正极材料的图谱峰形基本相同，相对强度分布次序基本相同，衍射峰整体偏移角度小于3°。作为一种优选的技术方案，所述含石墨烯包覆单晶正极材料和单晶正极材料的粒度分布结果一致。作为一种优选的技术方案，所述含有石墨烯的胶液与正极活性物质之间通过有机溶媒A进行混合，再通过有机溶媒B调节粘度后得到浆料。作为一种优选的技术方案，所述含有石墨烯的胶液包括粘结剂、石墨烯、溶剂A；且粘结剂、石墨烯、溶剂A的质量比为(5～10)：(2～8)：(82～93)。作为一种优选的技术方案，所述有机溶媒A包括粘结剂、溶剂B；且粘结剂、溶剂B的质量比为(5～15)：(85～95)。作为一种优选的技术方案，所述有机溶媒B选自苯、甲苯、丙酮、甲乙酮、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺中的一种或多种。作为一种优选的技术方案，所述浆料的混合过程中，混合温度为20～80℃。作为一种优选的技术方案，所述浆料干燥的方法选自加热干燥、喷雾干燥、冷冻干燥、真空旋转烘干、微波烘干、鼓风干燥、传动烘干中的任一种。作为一种优选的技术方案，所述的喷雾干燥：进气口温度为350～500℃，出口温度为120～300℃。有益效果：本专利技术提供一种含石墨烯包覆单晶正极材料的锂离子电池电极的制备方法，通过该制备方法得到锂离子电池电极，由于包含特殊正极材料，其表面覆盖有特定形貌的石墨烯，这种形貌覆盖的石墨烯不会改变单晶正极材料原有的晶相结构与尺寸，有利于所制备得到的电池材料的阻抗更小、45℃的循环容量保持率和高倍率充电和放电容量保持率更高，因此，电池的综合性能非常优异。附图说明图1：实施例1的纳米级石墨烯包覆的单晶正极材料的TEM图；图2：实施例2的微米级石墨烯包覆的单晶正极材料的TEM图；图3：实施例3的微纳米级石墨烯包覆的单晶正极材料的TEM图；图4：实施例1的纳米级石墨烯包覆的单晶正极材料的SEM图；图5：实施例2的微米级石墨烯包覆的单晶正极材料的SEM图；图6：实施例3的微纳米级石墨烯包覆的单晶正极材料的SEM图；图7：实施例1与对比例1的正极材料的XRD图谱；其中，①表示纳米级石墨烯包覆单晶正极材料，②表示包覆前单晶正极材料；图8：实施例2与对比例1的单晶正极材料的XRD图谱；其中，①表示微米级石墨烯包覆单晶正极材料，②表示包覆前单晶正极材料；图9：实施例3与对比例1的单晶正极材料的XRD图谱；其中，①表示微纳米级石墨烯包覆单晶正极材料，②表示包覆前单晶正极材料；图10：实施例1与对比例1的单晶正极材料的粒度分布图；其中，②表示纳米级石墨烯包覆单晶正极材料，①表示包覆前单晶正极材料；图11：实施例2与对比例1的单晶正极材料的粒度分布图；其中，②表示微米级石墨烯包覆单晶正极材料，①表示包覆前单晶正极材料；图12：实施例3与对比例1的单晶正极材料的粒度分布图；其中，②表示微纳米级石墨烯包覆单晶正极材料，①表示包覆前单晶正极材料；图13：实施例1的纳米级石墨烯包覆的单晶正极材料的Raman图(a)和(b)；图14：实施例2的微米级石墨烯包覆的单晶正极材料的Raman图(a)和(b)；图15：实施例3的微纳米级石墨烯包覆的单晶正极材料的Raman图(a)和(b)；图16：实施例1与对比例1的所得电池的电化学交流阻抗图谱；其中，①表示纳米级石墨烯包覆单晶正极材料，②表示包覆前单晶正极材料；图17：实施例2与对比例1的所得电池的电化学交流阻抗图谱；其中，①本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含石墨烯包覆单晶正极材料的锂离子电池电极的制备方法，其特征在于，步骤包括将含石墨烯包覆单晶正极材料与导电剂和粘结剂混合后再加入N-甲基吡咯烷酮调节固含量后涂布在集流体上制备得到；且所述含石墨烯包覆单晶正极材料是通过将含有石墨烯的胶液与正极活性物质进行混合后得到浆料，将浆料干燥得到；所述正极活性物质为单晶材料，具有单晶形貌，包括LiCoO

【技术特征摘要】
1.一种含石墨烯包覆单晶正极材料的锂离子电池电极的制备方法，其特征在于，步骤包括将含石墨烯包覆单晶正极材料与导电剂和粘结剂混合后再加入N-甲基吡咯烷酮调节固含量后涂布在集流体上制备得到；且所述含石墨烯包覆单晶正极材料是通过将含有石墨烯的胶液与正极活性物质进行混合后得到浆料，将浆料干燥得到；所述正极活性物质为单晶材料，具有单晶形貌，包括LiCoO2和\或LiNixCoyMnzO2和\或LiNixCoyAlzO2，x+y+z＝1，0.2≤x≤0.95，0.05≤y≤0.4，0.05≤z≤0.5；晶体结构为层状，属于R-3m空间群。


2.根据权利要求1所述的含石墨烯包覆单晶正极材料的锂离子电池电极的制备方法，其特征在于，所述含石墨烯包覆单晶正极材料、导电剂和粘结剂按照质量比为(90～99)：(0.5～5)：(0.5～5)混合。


3.根据权利要求1所述的含石墨烯包覆单晶正极材料的锂离子电池电极的制备方法，其特征在于，所述导电剂选自碳类材料、金属类材料、导电聚合物中的一种或多种。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的含石墨烯包覆单晶正极材料的锂离子电池电极的制备方法，其特征在于，所述含石墨烯包覆单晶正极材料的TEM图满足附图1-3；且所述含石墨烯包覆单晶正极材料的SEM图满足附图4-6。


5.根据权利要求4所述的含石墨烯包覆单晶正极材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，步绍宁，王欣全，王浩，于春奇，杜萍，刘晓雨，温宇，徐昊，邬素月，张永龙，刘嫄嫄，李来强，
申请(专利权)人：宁夏汉尧石墨烯储能材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：宁夏;64