本发明专利技术涉及一种锂离子电池石墨烯-Li(NixCoyMnz)O2复合电极材料的制备方法，通过选用适当的镍钴锰系三元材料Li(NixCoyMnz)O2与石墨烯材料进行混合，并灵活调控两者的比例，得到石墨烯-Li(NixCoyMnz)O2复合电极材料。所述的石墨烯-Li(NixCoyMnz)O2复合电极材料添加粘结剂，经过研磨、涂布、辊压、裁片等步骤形成锂离子电池电极片。本发明专利技术得到的复合电极材料与传统单一的Li(NixCoyMnz)O2三元电极材料相比，石墨烯的加入替代了原有的导电剂，提高了材料的导电性，并且对三元材料的结构起到了支撑作用，从而改善了三元材料的倍率性能和循环稳定性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学电源领域，具体地，本专利技术涉及锂离子电池正极材料领域。
技术介绍
锂离子电池是近二十年来才发展起来的一种商用充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。由于它具有能量密度高、循环寿命长、对环境友好等特点，至今已逐步替代传统的铅酸蓄电池、镍氢电池等，广泛地用作手机、数码相机、笔记本电脑等便携式电子设备以及电动工具、电动汽车等的配套电源。锂离子电池主要由正极材料、隔膜、负极材料和电解液组成，现有商业化锂离子电池之所以具有突出的能量优势，主要得益 于其负极材料(LiC6/C)低电位和高容量的优点，负极的低电位使正极材料的高电压得到完全发挥，同时，负极远高于正极的容量也使正极材料成为制约锂离子电池整体性能进一步提高的重要因素。因此，正极材料的研究受到越来越多的重视。近年来，层状锂离子电池正极材料是领域内研究的热点。在现有层状锂离子电池正极材料中，LiCoO2已在小型电池中得到广泛应用，但因过充限制，其比能量远没达到理论容量，且受到钴资源的制约；层状LiMnO2有很高的嵌锂容量，但循环充放电过程中晶体结构易发生塌陷，导致容量下降，循环性能变差；LiNi02则合成困难，过充安全性差。因此，从资源、环保及安全性能方面寻找锂离子电池的理想电极活性材料成为国际化学电源界的热点。三元正极材料是指镍钴锰酸锂Li (NixCoyMnz) O2,它是以镍盐、钴盐、锰盐为原料制备而成，产品为黑色粉末，其含有镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。可用于小型电池和动力电池中。常见的类型有 LiNi V3Ccv3Mrv3O2'LiNia4Coa2Mna4O2 和 LiNia5Coa2Mna3O2 三种。三元材料因兼有LiNiO2和LiCoO2的优点，且价格便宜，合成工艺简单，被认为是最有可能取代目前商用LiCoO2的新型正极材料，也是现今锂离子电池研究的一大热点。其显著的优势为成本低、安全性好、克容量高，但同时也存在首次充放电效率低、结构稳定性差、导电性一般等问题。石墨烯是一种单原子层厚度的石墨材料，具有独特的二维结构和优异的电学、力学以及热学性能。它是一种具有良好应用前景的锂离子电池电极材料。利用石墨烯获得具有特殊形貌和微观结构的电极材料，能有效改善材料的各项电化学性能。正极复合材料中石墨烯形成的连续三维导电网络可有效提高复合材料的电子及离子传输能力，此外相比于传统导电剂，添加石墨烯的另一特点是能用较少的添加量达到更佳的电化学性能。CN 102244236A 提出了一种制备富锂正极材料 Li02 (0〈x，y < O. 5，M=Mnci5Nia5 或 M=Mnx, Niy- Co(1_x, v ),0<x/ , y1〈0. 5)的方法。首先,利用水热辅助草酸盐共沉淀法制备稳定的前驱体，这样可以避免二价锰(II)在溶液中被空气氧化，最后得到Ni, Co和Mn等金属元素达到原子级均匀分布的草酸盐固溶体，并使得制备的富锂正极材料具有很高的电化学活性；其次，利用原位还原氧化石墨烯的方法，在富锂材料表面均匀包覆一层具有高电导率的石墨烯材料。但是该正极材料制备工艺较为复杂，并且氧化石墨烯还原程度不高，得到的石墨烯含有一定量的含氧基团。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供利用镍钴锰三元材料的循环性能和能量密度，同时利用石墨烯材料的三维网络结构和突出的导电性能，提供了一种锂离子电池正极活性物质。所述锂离子电池正极活性物质包括石墨烯和Li (NixCoyMnz) O2，其中，O. 3 ^ X ^ O. 95,0. 05 ^ y ^ O. 6, z=l_x_y。优选地,在所述Li (NixCoyMnz) O2 中 O. 4 < x < O. 9,0. I < y < O. 5, z=l_x-y,特别优选 O. 5 < X < O. 8,0. 2 < y < O. 4, z=l_x_y。优选地,所述三元材料Li (NixCoyMnz)O2与石墨烯的质量比为5:1 20:1,进一步优 选为6: f 12:1，特别优选为7:广9· 5:1。本专利技术的目的之一还在于提供一种锂离子电池正极材料。所述锂离子电池正极材料包括本专利技术所述锂离子电池正极活性物质。优选地，所述锂离子电池正极材料包括本专利技术所述锂离子电池正极活性物质、粘结剂和溶剂。优选地，所述锂离子电池正极材料不含导电剂。所述正极活性物质使用石墨烯复合Li (NixCoyMnz)O2三元材料，由于石墨烯的存在，无需在电池正极材料中添加导电剂。优选地，所述粘结剂为氟类聚合物和/或合成橡胶，进一步优选为聚氟乙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、丁苯橡胶型橡胶、氟类橡胶或乙烯丙烯二烯橡胶中的I种或至少2种的组合，所述组合典型但非限制性的实例有聚氟乙烯和聚偏氟乙烯的组合，聚四氟乙烯和丁苯橡胶型橡胶的组合，丁苯橡胶型橡胶、氟类橡胶和乙烯丙烯二烯橡胶的组合，聚四氟乙烯、丁苯橡胶型橡胶和氟类橡胶的组合，聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和丁苯橡胶型橡胶的组合，聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶型橡胶、氟类橡胶和乙烯丙烯二烯橡胶的组合等，特别优选聚偏氟乙烯。优选地，所述锂离子电池正极活性物质与所述粘结剂的质量之比为6: f 12:1，进一步优选为8: f 11:1，特别优选为9:f9. 5:1。优选地，所述溶剂为非质子溶剂，进一步优选为环状碳酸酯、直链碳酸酯、脂族羧酸酯、Y-内酯、环醚、直链醚、它们的氟衍生物中的I种或至少2种的组合，特别优选为氮甲基吡咯烷酮。所述非质子溶剂的实例包括环状碳酸酯如碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丁酯(BC)和碳酸亚乙烯酯(VC)，直链碳酸酯如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙基甲酯(EMC)和碳酸二丙酯(DPC)，脂族羧酸酯如甲酸甲酯、乙酸甲酯和丙酸乙酯，Y-内酯如Y-丁内酯，直链醚如1，2-乙氧基乙烷(DEE)和乙氧基甲氧基乙烷(EME)，环醚如四氢呋喃和2-甲基四氢呋喃，二甲亚砜，1，3-二氧戊环，甲酰胺，乙酰胺，二甲基甲酰胺，乙腈，丙腈，硝基甲烷，乙基单甘醇二甲醚，三烷基磷酸酯，三甲氧基甲烷，二氧戊环衍生物，环丁砜，甲基环丁砜，1，3-二甲基-2-咪唑啉酮，3-甲基-2-噁唑啉酮，碳酸亚丙酯衍生物，四氢呋喃衍生物，乙醚，氮甲基吡咯烷酮(NMP)，氟化羧酸酯，碳酸甲基_2，2，2-三氟乙酯，碳酸甲基-2，2，3，3，3-五氟丙酯，碳酸二氟甲基亚乙酯，碳酸一氟甲基亚乙酯，碳酸二氟甲基亚乙酯，4，5- 二氟-1，3- 二氧环戊-2-酮和碳酸一氟亚乙酯。本专利技术的目的之一还在于提供一种所述锂离子电池正极活性物质的制备方法。所述方法包括以下步骤( I)将石墨烯分散在溶剂中，得到石墨烯混合液；(2)将步骤(I)得到的石墨烯混合液与Li (NixCoyMnz)O2粉混合，分散，球磨，除杂，得到石墨烯复合Li (NixCoyMnz)O2正极活性物质。优选地,所述石墨烯通过Hmnmers法制备氧化石墨烯,再经过水合肼还原法制得，例如马文石等(石墨烯的制备与表征，马文石，周俊文，程顺喜，高校化学工程学报，第24卷第4期，2010年8月)所采用的方法。 所述水合肼又称水本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子电池正极活性物质，包括石墨烯和Li(NixCoyMnz)O2，其中，0.3≤x≤0.95，0.05≤y≤0.6，z=1？x？y。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谭强强，段慧，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。