一种石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电池正极材料技术领域，且公开了一种石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片及其制备方法与应用，制备方法包括步骤：根据预设摩尔比将醋酸锂

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片及其制备方法、锂电池


[0001]本专利技术属于电池正极材料
，特别涉及一种石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片及其制备方法
、
锂电池
。

技术介绍

[0002]LMO(LiMn2O4)
因为其比能量高
、
无毒
、
环境友好，充放电电流稳定，在市场上得到迅速推广，其应用的电子产品主要有便携式移动设备
、
通讯设备
、
电动汽车
、
航空航天设备
、
电网负荷调节设备等
。
但是其放电后期，
Mn
3+
的浓度最高，在其表面容易发生歧化反应使三价锰离子氧化还原成二价锰离子和四价锰离子，而生成的
Mn
2+
溶解于电解液中，使得可逆反应无法正常进行，这使
LiMn2O4正极材料在充放电循环中，容量快速衰减，减小了电池寿命
。
且
LiMn2O4正极材料的电导率较低，
Li
+
在正负极间的脱嵌和脱出比较困难，使得电池倍率性能较差，电池自放电严重，在大电流充放电时，电池容量也有衰减，这些都使得
LiMn2O4正极材料在商业化中的应用受到限制
。
[0003]对于正极极片的制备工艺来说，由于当前的锂离子电池电极的制片工艺都是将烧结好的正极材料
、PVDF(
粘结剂
)、
导电剂按照一定的质量比混合均匀，并滴加少许
NMP(N
‑
甲基吡咯烷酮
)
调制成浆，将搅拌完成后的浆料均匀涂覆在铝箔上，放入
80℃
真空烘干机干燥晾干，得到正极极片
。
传统工艺制作出来的极片时间周期长，效率低
、
极片大小受限且调浆涂覆过程中材料浪费过多
。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展
。

技术实现思路

[0005]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包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片及其制备方法
、
锂电池，旨在解决传统正极极片的制备工艺存在制作周期长
、
效率低的问题，制备的
LiMn2O4正极极片易刺穿隔膜，以及在充放电循环时，容量容易发生快速衰减的问题
。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片的制备方法，其中，包括步骤：
[0008]根据预设摩尔比将醋酸锂
、
醋酸锰和氧化镁进行研磨混合后，放置在气氛炉中先进行预热处理，再进行煅烧处理，制得镁离子掺杂锰酸锂材料；
[0009]将预先制备好的石墨烯加入到溶解有聚乙二醇的
NMP
溶液中，搅拌均匀后再加入所述镁离子掺杂锰酸锂材料搅拌，得到混合浆料；
[0010]采用真空等离子喷涂的方式将所述混合浆料喷涂在铝片上，制得石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片
。
[0011]所述石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片的制备方法，其中，放置在气氛炉中先进行预热处理，再进行煅烧处理，制得镁离子掺杂锰酸锂材料的步骤中，预热处理温度为
400
‑
500℃
，时间为5‑
8h
；煅烧处理温度为
700
‑
850℃
，时间为
35
‑
50h。
[0012]所述石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片的制备方法，其中，所述石墨烯的制备包括：
[0013]将石墨
、
浓硫酸
、K2MnO4均匀混合，在水浴加热条件下置于磁力搅拌机上进行搅拌处理，待混合物颜色变为粘稠灰色时，缓慢加入去离子水，并混合均匀，然后加入过氧化氢，得到混合反应产物；
[0014]对所述混合反应产物进行离心搅拌，待混合反应产物颜色由粘稠黑色变为橙色透明状，制得石墨烯
。
[0015]所述石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片的制备方法，其中，采用真空等离子喷涂的方式将所述混合浆料喷涂在铝片上的步骤包括：
[0016]采用真空等离子喷涂之前调整好喷涂参数，氩气
15
×
10
‑3m3·
min
‑1，氢气
4.5
×
10
‑3m3·
min
‑1，电流
400A
，电压
60V
，喷涂距离
100mm
，喷枪移动速度
500/mm
·
s
‑1，送粉率
1.4
×
10
‑3m3·
min
‑1；
[0017]在进行等离子喷涂时，采用液料送粉，将混合浆料喷涂到预定大小面积的铝片上
。
[0018]所述石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片的制备方法，其中，所述醋酸锂
、
醋酸锰和氧化镁按照
Li
：
Mn
：
Mg
的摩尔比为
1.2
‑
1.35
：
1.5
‑
2.0
：
0.1
‑
0.25
的比例进行研磨混合
。
[0019]一种石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片，其中，采用本专利技术所述石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片的制备方法制得
。
[0020]一种锂电池，其中，包括本专利技术所述的石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片
。
[0021]有益效果：本专利技术采用等离子液料喷涂技术制备石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片，它可以发挥等离子喷涂技术制程简便
、
效率高
、
能制备宏观体型电极的优势，省去其中复杂环节，方便快捷地制备出所需的正极极片
。
使用真空等离子喷涂技术制备的正极极片，其样品平均粒径为
600nm
，颗粒表面有团聚现象，样品形貌为球形，减小了刺穿隔膜发生电池短路的危险，增加了电池的安全性能；且该正极极片在倍率充放电电流为
0.2C
时，放电比容量为
107m Ah/g
，经
54
次循环后，其可逆比容量为
55.7m Ah/g
，容量保持率为
52.12
％
。
附图说明
[0022]图1示出了本专利技术一种石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片的制备方法流程图；
[0023]图2为实施例1中石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片的微观形貌图
。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术实施例的目的...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片的制备方法，其特征在于，包括步骤：根据预设摩尔比将醋酸锂
、
醋酸锰和氧化镁进行研磨混合后，放置在气氛炉中先进行预热处理，再进行煅烧处理，制得镁离子掺杂锰酸锂材料；将预先制备好的石墨烯加入到溶解有聚乙二醇的
NMP
溶液中，搅拌均匀后再加入所述镁离子掺杂锰酸锂材料搅拌，得到混合浆料；采用真空等离子喷涂的方式将所述混合浆料喷涂在铝片上，制得石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片
。2.
根据权利要求1所述石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片的制备方法，其特征在于，放置在气氛炉中先进行预热处理，再进行煅烧处理，制得镁离子掺杂锰酸锂材料的步骤中，预热处理温度为
400
‑
500℃
，时间为5‑
8h
；煅烧处理温度为
700
‑
850℃
，时间为
35
‑
50h。3.
根据权利要求1所述石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片的制备方法，其特征在于，所述石墨烯的制备包括：将石墨
、
浓硫酸
、K2MnO4均匀混合，在水浴加热条件下置于磁力搅拌机上进行搅拌处理，待混合物颜色变为粘稠灰色时，缓慢加入去离子水，并混合均匀，然后加入过氧化氢，得到混合反应产物；对所述混合反应产物进行离心搅拌，待混合反应产物颜色由粘稠黑色变为橙色透明状，制得石墨烯
。4.
根据权利要求1所述石墨烯包覆镁离子掺杂锰酸锂正极极片的制备方法，其特征在于，采用真空等离子喷涂的方式将所述混合浆料喷涂在...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄卫扬，于耀伟，龚晓艳，陈城发，白汝佳，杨丁卯，张春华，
申请(专利权)人：广东仕诚塑料机械有限公司，
类型：发明
国别省市：