專利名稱：高循環性能石墨烯負載LiNi<sub>0.5</sub>Mn<sub>0.5</sub>O<sub>2</sub>正極材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及鋰離子電池正極材料的制造技術，涉及一種高循環性能石墨烯負載LiNia5Mna5O2正極材料的制備方法。
背景技術：
LiNia5Mna5O2作為鋰離子電池正極材料，存在著循環性能差、容量較低的缺陷。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種電化學循環性能好、電化學穩定性高、容 量高的高循環性能石墨烯負載LiNia5Mna5O2正極材料的制備方法。本發明的方法依次包括以下步驟a.氧化石墨的制備；在冰浴的條件下，邊攪拌邊向燒杯中緩慢加入重量份50份的天然石墨、100份的高錳酸鉀、20份的硝酸鈉粉末，控制溶液溫度不得高于10°C，至反應結束；反應結束后，向溶液中加入體積濃度10%的雙氧水，至上層溶液呈亮黃色；將混合溶液過濾，清洗、得到的黑色粘稠狀材料，并置于60°C鼓風干燥箱烘干，得到片層狀的氧化石
墨;b. LiNi0.5Mn0.502 正極材料的制備；b-Ι.采用共沉淀法制備(Nia5Mna5)C2O4前驅物，按摩爾比Ni/Mn為1:1，分別稱取Ni (NO3)2 · 6H20、Mn(NO3)2 · 4H20，溶于100ml Imol草酸溶液中，攪拌至出現共沉淀物;將沉淀物過濾，清洗，置于100°C烘干10 — 12h，得到(Nia5Mna5)C2O4材料；b-2.按摩爾比Li/(Mn+Ni)為I. 05:1，分別稱取LiOH和前面制備得到的前驅物(Nia5Mna5)C2O4材料，并均勻混合；然后將混合粉末置于空氣氛圍的燒結爐中煅燒，得到LiNia5Mna5O2正極材料；煅燒溫度曲線為由室溫升溫至500°C，升溫速率為5°C /min，不保溫；然后500°C升溫至900°C，升溫速率為2V /min，保溫時間設定在12 — 20個小時內；c.石墨烯負載LiNia5Mna5O2正極材料的制備；取重量份10份的氧化石墨、100份的LiNia5Mna5O2正極材料加入水中，并再該溶液中滴加少量硝酸，超聲分散I. 5 — 2h ;將超生分散后的材料至于冰箱中，冷凍得到凍塊；將凍塊取出，置入冷凍干燥機，冷凍干燥，冷凍干燥時間為20 - 24h，，得到氧化石墨負載LiNiO. 5MnO. 502正極材料；將得到的氧化石墨負載LiNia5Mna5O2粉末置于空氣氛圍的燒結爐中煅燒，煅燒溫度曲線為由室溫升溫至550° C，升溫時間2h，保溫2h，自然冷卻；取出，研磨，過篩，得到石墨烯負載LiNia5Mna5O2正極材料。本發明通過氧化還原法、冷凍干燥法、共沉淀法、高溫固相法制得高循環性能石墨烯負載LiNia5Mna5O2正極材料，使正極材料具有良好的電化學循環性能、良好的電化學穩定性和高容量。
具體實施方式
本發明方法的實施例如下一、氧化石墨的制備I)在冰浴的條件下，取一定量的濃硫酸加入到IOOOmL燒杯中，然后變攪拌邊向燒杯中緩慢加入50克天然石墨、100克高錳酸鉀、20克的硝酸鈉粉末，控制溶液溫度不得高于10°C，攪拌反應20小時。2)反應結束，向溶液中加入自配的10%雙氧水，至上層溶液呈亮黃色。3)將混合溶液過濾，清洗、得到的黑色粘稠狀材料，并置于60°C鼓風干燥箱烘干。4)得到片層狀的氧化石墨。二、LiNia5Mna5O2正極材料的制備 I)采用共沉淀法制備(Nia5Mna5)C2O4前驅物，按摩爾比Ni/Mn為1:1，分別稱取Ni (NO3)2 · 6H20、Mn(NO3)2 · 4H20，溶于100ml Imol草酸溶液中，攪拌2h，至出現共沉淀物。將沉淀物過濾，清洗，置于100°C烘干12h，得到(Nia5Mna5)C2O4材料。2)按摩爾比Li/(Mn+Ni)為I. 05:1，分別稱取LiOH和前面制備得到的前驅物(Nia5Mna5)C2O4材料，并均勻混合。然后將混合粉末置于空氣氛圍的燒結爐中煅燒，煅燒溫度曲線為由室溫升溫至500°C，升溫速率為5°C /min,不保溫；然后500°C升溫至900°C，升溫速率為2V /min，保溫時間設定在12 20個小時內。最終得到LiNia5Mna5O2正極材料。三、石墨烯負載LiNia5Mna5O2正極材料的制備I)取IOg的氧化石墨、IOOg LiNia5Mna5O2正極材料加入水中，并再該溶液中滴加少量的硝酸，超聲分散2h。2)將超生分散后的材料至于冰箱中，冷凍2天，得到凍塊。3)將凍塊取出，置入冷凍干燥機，冷凍干燥，冷凍干燥時間為24h，，得到氧化石墨負載LiNia5Mna5O2正極材料。4)將得到的氧化石墨負載LiNia5Μηα502粉末置于空氣氛圍的燒結爐中煅燒，煅燒溫度曲線為由室溫升溫至5500C，升溫時間2h，保溫2h，自然冷卻。取出，研磨，過篩，得到石墨烯負載LiNia5Mna5O2正極材料。上述實施例獲得的正極材料測試數據如下最終廣品指標:I.顆粒大小分布比較均勻，平均直徑約10 μ m2.正極材料的粉末顆粒壓實密度約為3. 6g/cm23.晶體機構用XRD分析為a -NaFe02結構4.用金屬鋰做參考電極，放電的平均電壓在3. 6伏左右5. 4. 5V扣電O. 2C初次放電容量約182mAh/g，由于石墨烯的負載，使前10周容量不穩定，隨著循環進行，逐漸增大，11周后基本保持穩定。100周放電循環以后還保有初次容量的99%。
權利要求
1.一種高循環性能石墨烯負載LiNia5Mna5O2正極材料的制備方法,其特征是依次包括以下步驟， a.氧化石墨的制備；在冰浴的條件下，邊攪拌邊向燒杯中緩慢加入重量份50份的天然石墨、100份的高錳酸鉀、20份的硝酸鈉粉末，控制溶液溫度不得高于10°C，至反應結束；反應結束后，向溶液中加入體積濃度10%的雙氧水，至上層溶液呈亮黃色；將混合溶液過濾，清洗、得到的黑色粘稠狀材料，并置于60°C鼓風干燥箱烘干，得到片層狀的氧化石墨； b.LiNia5Mna5O2正極材料的制備； b-Ι.采用共沉淀法制備(Nia5Mna5)C2O4前驅物，按摩爾比Ni/Mn為1:1，分別稱取Ni (NO3)2 · 6H20、Mn(NO3)2 · 4H20，溶于100ml Imol草酸溶液中，攪拌至出現共沉淀物;將沉淀物過濾，清洗，置于100°C烘干10 — 12h，得到(Nia5Mna5)C2O4材料； b-2.按摩爾比Li/ (Mn+Ni)為I. 05:1，分別稱取LiOH和前面制備得到的前驅物(Nia5Mna5)C2O4材料，并均勻混合；然后將混合粉末置于空氣氛圍的燒結爐中煅燒，得到LiNia5Mna5O2正極材料；煅燒溫度曲線為由室溫升溫至500°C，升溫速率為5°C /min，不保溫；然后500°C升溫至900°C，升溫速率為2V /min，保溫時間設定在12 — 20個小時內； c.石墨烯負載LiNia5Mna5O2正極材料的制備；取重量份10份的氧化石墨、100份的LiNia5Mna5O2正極材料加入水中，并再該溶液中滴加少量硝酸，超聲分散I. 5 — 2h ;將超生分散后的材料至于冰箱中，冷凍得到凍塊；將凍塊取出，置入冷凍干燥機，冷凍干燥，冷凍干燥時間為20 - 24h，，得到氧化石墨負載LiNia5Mna5O2正極材料；將得到的氧化石墨負載LiNia5Mna5O2粉末置于空氣氛圍的燒結爐中煅燒，煅燒溫度曲線為由室溫升溫至550° C，升溫時間2h，保溫2h，自然冷卻；取出，研磨，過篩，得到石墨烯負載LiNia5Mn0.502正極材料。
全文摘要
本發明涉及鋰離子電池正極材料的制造技術，涉及一種高循環性能石墨烯負載LiNi0.5Mn0.5O2正極材料的制備方法。該方法依次包括以下步驟a.氧化石墨的制備；b.LiNi0.5Mn0.5O2正極材料的制備；c.石墨烯負載LiNi0.5Mn0.5O2正極材料的制備；取重量份10份的氧化石墨、100份的LiNi0.5Mn0.5O2正極材料加入水中，超聲分散；將超生分散后的材料至于冰箱中，冷凍得到凍塊取出，置入冷凍干燥機，冷凍干燥，得到氧化石墨負載LiNi0.5Mn0.5O2正極材料；氧化石墨負載LiNi0.5Mn0.5O2粉末置于空氣氛圍的燒結爐中煅燒，得到石墨烯負載LiNi0.5Mn0.5O2正極材料。本發明使正極材料具有良好的電化學循環性能、良好的電化學穩定性和高容量。
文檔編號H01M4/505GK102903907SQ20121037981
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月9日 優先權日2012年10月9日
發明者崔立峰, 杜莉莉, 王輝, 楊克濤 申請人:江蘇科捷鋰電池有限公司