納米復(fù)合材料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池以其高能量密度、長循環(huán)壽命和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，成為“21世紀(jì)的綠色電池”是便攜式電子產(chǎn)品不可或缺的部件，更是國家未來重點(diǎn)發(fā)展的新興戰(zhàn)略性節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)一新能源電動汽車最具應(yīng)用前景的動力電池。電動汽車所用的鋰離子電池除應(yīng)具有高能量、高功率、長壽命等技術(shù)指標(biāo)，還應(yīng)具備安全可靠及低成本等特點(diǎn)，而正極材料則是限制鋰離子動力電池發(fā)展的關(guān)鍵因素。尖晶石LiMn2O4以其原材料資源豐富、成本低、安全性好、無環(huán)境污染、易制備等優(yōu)點(diǎn)，成為鋰動力電池首選正極材料，但從實(shí)際應(yīng)用來看，其容量衰減快、高倍率充放電等問題則是制約其應(yīng)用的瓶頸。雖然通過對尖晶石LiMn2O4進(jìn)行體相摻雜和表面包覆能在一定程度上提高其循環(huán)性能，但是以降低活性材料的比容量為代價的并不能顯著提高材料的電化學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種比容量高同時電循環(huán)性能優(yōu)良的石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料制備方法。
[0004]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):一種石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料制備方法，包括1.石墨烯制備:將氧化石墨用去離子水分散，用超聲波處理器振動獲得含有氧化石墨烯納米層的混合液，之后將獲得的棕色氧化石墨烯混合液倒人圓底燒瓶.加入水合肼作為還原劑，混合液在100°c下回流,溶液的顏色逐漸變?yōu)楹谏?，最后將混合液過濾、清洗，得到黑色的蛋糕狀濾餅，干燥后得到石墨烯材料粉末，最后將其放置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下500°c灼燒2h ；2.納米尖晶石LiMn2O2正極材料制備:以檸檬酸、錳鹽、鋰鹽等按制備納米尖晶石LiMn2O2電極材料的化學(xué)計(jì)量比計(jì)量，加入蒸餾水，攪拌至樣品完全溶解，將燒杯置于水浴鍋中，加熱至80°C，反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)，同時用電磁攪拌器攪拌.直至形成淺黃色疏松狀固體，將樣品在120°C烘干12h，之后在350°C下灼燒3 h.冷卻后在瓷缽中碾磨，得到LiMn2O4的前驅(qū)體，將前驅(qū)體轉(zhuǎn)入坩堝中，置于馬弗爐中750°C灼燒12h，樣品在爐內(nèi)自然冷卻，冷卻后將樣品碾磨過篩即得納米尖晶石LiMn2O2電極材料；3.石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料制備:將制備的石墨烯和納米尖晶LiMn2O4正極材料溶解在去離子水中.用超聲波處理器進(jìn)行高能量振動24h.放入冰箱冰凍，之后移入冷凍干燥機(jī)進(jìn)行冷凍干燥即得石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料。
[0005]所述石墨烯制備步驟中，所述氧化石墨為采用改進(jìn)的Hmnmers法制備。
[0006]本發(fā)明具有如下有益效果:
制備過程簡單，制備的石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料，其放電比容量為124.30mAh.g—1，循環(huán)100周后，對應(yīng)容量保持率為96.66%，具有良好的電化學(xué)性能。
【具體實(shí)施方式】
[0007]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0008]具體實(shí)施例:本發(fā)明所述制備過程是:包括1.石墨烯制備:采用氧化還原法將氧化石墨用去離子水分散，所述氧化石墨為采用改進(jìn)的Hmnmers法制備,用超聲波處理器振動獲得含有氧化石墨烯納米層的混合液，之后將獲得的棕色氧化石墨烯混合液倒人圓底燒瓶.加入水合肼作為還原劑，混合液在100°C下回流,溶液的顏色逐漸變?yōu)楹谏?，最后將混合液過濾、清洗，得到黑色的蛋糕狀濾餅，干燥后得到石墨烯材料粉末，最后將其放置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下500°C灼燒2h ；2.納米尖晶石LiMn2O2正極材料制備:采用溶膠凝膠法以檸檬酸、錳鹽、鋰鹽等按制備納米尖晶石LiMn2O2電極材料的化學(xué)計(jì)量比計(jì)量，加入蒸餾水，攪拌至樣品完全溶解，將燒杯置于水浴鍋中，加熱至80°C，反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)，同時用電磁攪拌器攪拌.直至形成淺黃色疏松狀固體，將樣品在120°C烘干12h，之后在350°C下灼燒3h.冷卻后在瓷缽中碾磨，得到LiMn2O4的前驅(qū)體，將前驅(qū)體轉(zhuǎn)入坩堝中，置于馬弗爐中750°C灼燒12h，樣品在爐內(nèi)自然冷卻，冷卻后將樣品碾磨過篩即得納米尖晶石LiMn2O2電極材料；3.石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料制備:將制備的石墨烯和納米尖晶LiMn 204正極材料溶解在去離子水中.用超聲波處理器進(jìn)行高能量振動24h.放入冰箱冰凍，之后移入冷凍干燥機(jī)進(jìn)行冷凍干燥即得石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料。
[0009]制作電極，按80 %的復(fù)合材料和20 %的聚偏氟乙烯粘合劑的質(zhì)量百分比組成:在氬氣保護(hù)的手套箱中組裝三電極模擬電池和2032型扣式電池，以金屬鋰片做為參比電極和對電極，電解液為 Imol.T1LiPF6-EC:DEC:DMC (I:1:1, V / V / V)
恒流充放電測試在高精度電池測定儀上進(jìn)行，電流密度為0.1C，采用電化學(xué)工作站進(jìn)行循環(huán)伏安和電化學(xué)阻抗譜測試，掃描速度0.1 mV.S'掃描電壓3.3?4.3 V.電化學(xué)阻抗譜的測試頻率為105Hz?10_2Hz，施加的交流信號振幅為5mV。阻抗測試前，電極在設(shè)定的極化電位下極化Ih。
[0010]經(jīng)測試制備的石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料，其放電比容量為124.30mAh.g_\循環(huán)100周后，對應(yīng)容量保持率為96.66%，具有良好的電化學(xué)性能
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對本發(fā)明所做的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料制備方法，其特征在于:包括1.石墨烯制備:將氧化石墨用去離子水分散，用超聲波處理器振動獲得含有氧化石墨烯納米層的混合液，之后將獲得的棕色氧化石墨烯混合液倒人圓底燒瓶.加入水合肼作為還原劑，混合液在100°C下回流，溶液的顏色逐漸變?yōu)楹谏?，最后將混合液過濾、清洗，得到黑色的蛋糕狀濾餅，干燥后得到石墨烯材料粉末，最后將其放置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下500°C灼燒2h;
2.納米尖晶石LiMn2O2正極材料制備:以檸檬酸、錳鹽、鋰鹽等按制備納米尖晶石LiMn2O2電極材料的化學(xué)計(jì)量比計(jì)量，加入蒸餾水，攪拌至樣品完全溶解，將燒杯置于水浴鍋中，加熱至80°C，反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)，同時用電磁攪拌器攪拌.直至形成淺黃色疏松狀固體，將樣品在120°C烘干12h，之后在350°C下灼燒3 h.冷卻后在瓷缽中碾磨，得到LiMn2O4的前驅(qū)體，將前驅(qū)體轉(zhuǎn)入坩堝中，置于馬弗爐中750°C灼燒12h，樣品在爐內(nèi)自然冷卻，冷卻后將樣品碾磨過篩即得納米尖晶石LiMn2O2電極材料；3.石墨烯/尖晶石LiMn 204納米復(fù)合材料制備:將制備的石墨烯和納米尖晶LiMn2O4正極材料溶解在去離子水中.用超聲波處理器進(jìn)行高能量振動24h.放入冰箱冰凍，之后移入冷凍干燥機(jī)進(jìn)行冷凍干燥即得石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料。 2.如權(quán)利要求1所述的石墨烯/尖晶石LiMn204納米復(fù)合材料制備方法，其特征在于:所述石墨烯制備步驟中，所述氧化石墨為采用改進(jìn)的Hmnmers法制備。
【專利摘要】一種石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料制備方法，屬于鋰離子電池正極材料制備領(lǐng)域。針對目前對尖晶石LiMn204進(jìn)行體相摻雜和表面包覆能提高循環(huán)性能，但是以降低活性材料的比容量為代價的問題，提供比容量高同時電循環(huán)性能優(yōu)良的石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料制備方法。所述制備方法采用溶膠凝膠法和還原氧化石墨法制備尖晶石LiMn204納米晶和石墨烯納米片，并采用冷凍干燥法制備了石墨烯/尖晶石LiMn204納米復(fù)合材料。該制備方法過程簡單，將制備的石墨烯/尖晶石LiMn2O4納米復(fù)合材料制成電極，其放電比容量為124.30mAh·g-1，循環(huán)100周后，對應(yīng)容量保持率為96。66％，具有良好的電化學(xué)性能。
【IPC分類】H01M2-36
【公開號】CN104617251
【申請?zhí)枴緾N201410744294
【發(fā)明人】賀燦輝
【申請人】賀燦輝
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月9日