[发明专利]一种碳纳米管-石墨烯改性锰酸锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料，尤其涉及一种碳纳米管-石墨烯改性锰酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池是二十世纪末发展起来的一种新型的绿色环保电池。正极材料作的设计与选材对锂离子电池的发展尤为重要。由于Mn资源在自然界中丰富，LiMn₂O₄的尖晶石相结构又相对稳定，制备简单，且对环境友好，因此，制备性能优良的锰酸锂正极材料，对于锂离子电池的进一步商业化有着重要的意义，目前通过现有技术已经合成出具有稳定的尖晶石结构的LiMn₂O₄正极材料，该LiMn₂O₄正极材料不仅具有高的比容量，而且具有较好的循环稳定性，材料在储能型锂电池、动力型储能锂电池、笔记本电脑、电动汽车、无线电话、导弹点火系统等方面得到广泛的应用。

碳纳米管(简称CNTs)是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的管体，碳纳米管分为单臂碳纳米管和多壁碳纳米管，由于其直径很小，长度比达，碳纳米管被视为准一维纳米材料，具有奇特的电化学性能，以碳纳米管作为导电剂添加到锂离子电池正极材料中可以明显提高正极材料的导电性能。

鉴于碳纳米管的优良电化学性能，同时随着现有技术的发展，现有技术合成的LiMn₂O₄正极材料已经不能满足现有技术的需求，这也对LiMn₂O₄正极材料提出了更高的要求，比如高温循环性能、高温储存性能及充电时间等还需进一步改善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足而提供一种碳纳米管-石墨烯改性锰酸锂正极材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：

一种碳纳米管-石墨烯改性锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锰源、锂源和掺杂添加剂M按照通式LiM_xMn_(2-x)O₄(x＝0-1)的比例进行混合，充分球磨后的混合物进行450℃预烧结形成预烧结产物，将所述预烧结产物进行750℃的二次烧结、研磨处理形成LiM_xMn_(2-x)O₄(x＝0-1)体相掺杂粉体；

还包括：

(2)将所述成LiM_xMn_(2-x)O₄(x＝0-1)体相掺杂粉体与石墨烯粉体按比例进行湿法研磨混合均匀，形成石墨烯-LiM_xMn_(2-x)O₄混合粉体；

(3)将所述石墨烯-LiM_xMn_(2-x)O₄混合粉体分散于硝酸铝溶液中，加入氨水调节溶液pH值，经过沉积、干燥、球磨及500℃热处理形成前驱物粉体；

(4)对所述前驱物粉体进行800℃二次热处理，经冷却、粉碎、分级后得目标产物石墨烯-LiM_xMn_(2-x)O₄正极材料备用。

(5)将管径为15-40nm，管长为10-80μm的多壁碳纳米管、石墨烯-LiM_xMn_(2-x)O₄正极材料、聚偏氟乙烯粘结剂、导电剂按质量比为0.015:0.90-0.95:0.02-0.003:0.065-0.005的比列将混合物加入到N-甲基吡咯烷酮溶液中，搅拌均匀形成混合浆料，将所得混合浆料在80℃真空干燥箱中进行干燥，得到所需目标产物的正极材料。

进一步地，所述锂源为碳酸锂、乙酸锂、草酸锂中的一种或多种的混合；所述锰源为碳酸锰、乙酸锰、草酸锰中的一种或多种的混合。

进一步地，步骤(1)中所述掺杂添加剂M为Ni、Al、Ti、Zr、Ge和Sn中的一种或几种。

进一步地，步骤(2)中LiMn_(1-x)M_xO₄体相掺杂粉体与石墨烯粉体的质量比为10:0.1-1。

进一步地，步骤(5)中所述混合浆料的固含量为40％-70％，粘度为6000-8000mps。

本发明有益效果在于：