[发明专利]一种锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

随着电子科技的不断突破和国际上对能源、环保的高度重视，新型二次能源正在世界范围内突飞猛进地蓬勃发展。其中，锂离子二次电池以其优异特性，而成为摄像机、移动电话、笔记本电脑等便携式电子电器的首选电源，也是未来空间技术及高端储能系统的理想潜在电源系统。锂离子二次电池主要由正极、负极、隔膜和电解液构成，而具有高的电荷存储密度、快速充放电特征、良好的充放电效率和高循环寿命以及低成本的锂离子二次电池用新型正极材料的制备是目前此研究方向最具活力的分支之一。

迄今，锂离子电池用正极材料主要有钴酸锂（LiCoO₂）、镍酸锂（LiNiO₂）、锰酸锂（LiMn₂O₄）、磷酸铁锂(Li_xMPO₄, M=Fe、Mn、V、Ni、Co)等。虽然上述材料均已得到一定程度或一定规模的实际应用，但均存在比容量低（～160 mAh/g）、循环寿命短（<1000次），尤其是在高倍率充放电时存在电化学性能差的缺点。因此，当今此领域的研究集中在高能量、高功率、长寿命、低成本新型正极材料的研究、开发和制备技术上。

近年来，过度金属矾的氧化物（V₂O₅、VO₂、V₂O₃等）已被研究用于锂离子电池正极材料，且表现出较高的比容量（200-500 mAh/g）。但矾的氧化物一般具有较低的导电性，在充放电过程中电阻较大，尤其高倍率充放电时产生很大极化，最终导致循环性能差。而且大的极化容易造成电解质分解，导致安全性能差。在矾的所有氧化物中，二氧化矾（VO₂）(B)具有独特的边缘原子共享（edge-sharing VO₆ octahedra）结构，在充放电过程中非常稳定。但目前二氧化矾差的循环性能和有限的制备方法仍限制其实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的二氧化钒导电性差和储锂时循环性差的不足，提供一种具有高容量、高倍率性能、优异循环性能的锂离子电池正极材料的制备方法。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种锂离子电池正极材料的制备方法，锂离子电池正极材料为二氧化钒-石墨烯复合物，其由长度在1~100μm之间、宽度在20nm~100μm之间、厚度在1~50nm之间的二氧化钒-石墨烯复合带或片组成，所述方法包括如下步骤：

（1）、使矾的氧化物与氧化石墨烯在水和/或有机溶剂中，水热釜内以及温度100℃~300℃下进行水热反应和/或溶剂热反应，其中矾的氧化物与氧化石墨烯的投料质量比为0.8~10:1；

（2）、采用选自真空干燥、冷冻干燥以及超临界干燥法中的任一种干燥法对前步的产物体系进行干燥，得固体产物，即为二氧化钒-石墨烯复合物；

该制备方法还选择性地包括步骤（3）：在步骤（1）之后、步骤（2）之前，向步骤（1）后的体系中加入还原剂，使发生还原反应。

进一步地：步骤（1）中，所述矾的氧化物可以为除了五氧化二钒之外的钒的各种氧化物，例如可以为选自二氧化矾、三氧化二矾、一氧化二矾、四氧化二矾中的一种或多种。其中从成本角度考虑，优选五氧化二钒。

进一步地，矾的氧化物（例如五氧化二钒）与氧化石墨烯的投料质量比优选2~8:1，更优选为2~5:1，最优选为3~5:1。

进一步地，步骤（1）中，所述的有机溶剂为任意对钒的氧化物和氧化石墨烯具有较好分散性和溶解力的物质，包括但不限于乙醇、丙醇、乙二醇、异丙醇、甲基吡咯烷酮等。这些有机溶剂中，有些是具有还原性的，例如乙二醇。