[发明专利]一种用于便携式游戏机的锂离子电池的正极材料制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及便携式游戏机电源领域，尤其涉及一种用于便携式游戏机的锂离子电池的正极材料制备方法。

 

背景技术

随着如PSP等便携式游戏机的的日益普及，人们对便携式游戏机的电池续航时间的要求越来越高，对于电池的重复使用寿命的要求也越来越高。

锂离子电池由于其能量密度高，循环性能好，自其商品化以来已经得到了广泛的应用，也成为便携式游戏机的电池首选。便携式游戏机在选用电池时主要需要考虑容量、电池循环稳定性能（决定电池的使用寿命）、环境适应性能以及充电速率等。

上述性能的实现的技术瓶颈主要在于锂离子电池的正极材料的制备。锂离子电池正极材料主要有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄和LiFePO₄等，目前使用的正极材料都有各自的缺点：LiCoO₂的价格高，充电电压超过4.2V后结构不稳定，安全性变差；LiNiO₂的循环性能不好，吸水性强，储存性能差；LiMn₂O₄的容量低，高温性能差；LiFePO₄的电导率低，低温性能差。因此，这些锂离子电池正极材料无法满足锂离子电池向比容量高、寿命长、成本低和环境兼容方面发展的需求。因此，需要对这些正极材料进行改性处理。改性处理的途径有两条：一条是在正极材料合成过程中掺入其它元素以制备掺杂改性材料；另一条是在正极材料的表面进行改性以制备表面改性材料。上述两种途径都存在包覆不均匀的情况，从而导致包覆后的正极材料的容量降低和循环性能下降，使得电池寿命缩短。

 

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一个目的在于提供一种用于便携式游戏机的锂离子电池的正极材料制备方法，使便携式游戏机使用时电池续航时间长，使用寿命提高，环境兼容性好并且充电速率更快。

为了实现上述目的，本发明公开了一种用于便携式游戏机的锂离子电池的正极材料制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（1）前驱体的合成

将乙酸锂、硫酸亚铁和碳酸铵混合，其中，铁、锂、磷的用量的摩尔比为：Fe∶Li∶P＝1.0-1.2∶1.0-1.2∶1.0-1.1，混合均匀后，在反应容器中溶于去离子水，配成浓度为2-3mol/L的混合溶液，然后称取LiFePO₄理论质量4-7％的草酸以及取LiFePO₄理论质量4-5％的丙酮加入混合溶液中，搅拌均匀反应容器置于90-100℃水浴中，搅拌速率为300-400r/min，并进行超声分散，每次超声时间为15-20分钟，超声间隔为10-15分钟，超声次数为3-5次，然后直到把混合溶液蒸干得到前躯体，最后得到的前驱体置于红外干燥箱中进行干燥，干燥完毕后将前驱体取出研磨成粉末；

（2）制备多孔石墨烯材料

按石墨粉和浓硫酸的质量体积比（1-2）g：（2-3）ml将石墨粉分散到浓硫酸中，搅拌下加入双氧水，所加双氧水的体积是浓硫酸的2-3倍，搅拌1-2分钟，温度上升至40-45℃左右，加入浓硫酸体积2-3倍蒸馏水，搅拌40-50分钟，经过离心分离，用质量浓度5-7％盐酸溶液、蒸馏水和乙二醇反复洗涤后得到氧化石墨纳米材料；

将上述氧化石墨纳米材料配制15-20mg/mL的氧化石墨烯水溶液，将氧化石墨烯水溶液倒入聚四氟乙烯为内胆的不锈钢反应釜中，其中氧化石墨烯水溶液与聚四氟乙烯的体积比为3-4:5，将不锈钢反应釜密封置于鼓风干燥箱中干燥，然后将不锈钢反应釜自然冷却至室温，用过滤纸吸取溶液中的水份，得到的粉末置于真空干燥箱中充分干燥，球磨后得到多孔石墨烯材料；

（3）烧结得到LiFePO₄/石墨烯复合正极材料

将上述前躯体粉末和石墨烯粉末分别过200目筛后放入管式气氛炉中，其中石墨烯与前躯体粉末的质量比为3-5：100，在还原性气氛下以升温速率10-15℃/分钟加热至600-700℃，保温时间5-8小时，再以升温速率15-20℃/分钟加热至800-900℃，保温10-12小时，得到LiFePO4/石墨烯复合正极材料，其中还原气氛为体积流量比为1：5-8的氩气与氢气。

优选的，在步骤（1）中所述红外干燥箱的功率为500-800W，照射时间为5-10小时。