[发明专利]一种氟化石墨烯包覆锰钴锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉一种氟化石墨烯包覆锰钴锂正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种绿色二次电池，具有重量轻、体积小、放电平台高、容量大、循环寿命长、无记忆效应等优点，已广泛应用于手机、相机、笔记本电脑等移动式电子电器，同时也正越来越多地用于人造卫星、航空航天、电动汽车等领域。

目前商品化锂离子二次电池主要选用LiCoO₂为正极材料,但钴元素相对贫乏导致原料成本高，LiMnO₂和LiCoO₂具有相同的层状结构并且资源丰富、成本低，无环境污染，是一种理想的替代LiCoO₂后选材料，但是LiMnO₂在合成过程中不易准确控制化学计量比，充放电过程中Ni³⁺已转化成Ni⁴⁺将严重影响其循环寿命，热稳定性差，甚至氧化分解电解质带来安全隐患。研究表明，掺入Co元素可以改善LiMnO₂结构的稳定性，且20%左右的Ni被Co取代制得的正极材料电性能良好。但是目前纯锰钴锂材料的高温安全性能和高温循环性能不是很好。

单层石墨烯具有大的比表面积，优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数。如：1.高强度，杨氏摩尔量，(1,100GPa)，断裂强度：(125GPa)；2.高热导率，(5,000W/mK)；3.高导电性、载流子传输率，(200,000cm²/V*s)；4.高的比表面积，(理论计算值：2,630m²/g)。尤其是其高导电性质、大的比表面性质和单分子层二维的纳米尺度的结构性质，使得石墨烯可在锂离子电池中用作电极材料。

发明内容

本发明提供一种氟化石墨烯包覆锰钴锂正极材料的制备方法，使用该方法制备的正极材料，具有较高的比容量和高温循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供的一种氟化石墨烯包覆锰钴锂正极材料的制备方法，该正极材料的活性物质的化学式为LiMn_1-x-yCo_xMg_yO₂，其中： x=0.25-0.30，y=0. 05-0.1，该方法包括如下步骤：

（1）制备活性物质LiMn_1-x-yCo_xMg_yO₂

配制摩尔比为Mn：Co = 1-x-y：x的硫酸锰、硫酸钴的混合溶液，混合溶液中金属离子的总浓度为1.5-2mol/L，配制浓度为3-4mol/L的NaOH溶液，0.5-1mol/L的氨水溶液，按照NH₃·H₂O∶NaOH＝0.3-0.4的比例将NaOH溶液和氨水溶液混合成混合碱溶液；

将两种混合溶液并行加入反应釜中，在氮气或惰性气体的保护下，以连续反应的方式控制反应，PH值控制11-13，温度50-60℃，过滤洗涤至洗水PH值小于7.5，在105-110℃下烘干，即得锰钴氢氧化物前驱体。

将上述锰钴氢氧化物前驱体、碳酸锂化锂和碳酸镁按照摩尔比1-y:1：y球磨混合充分，在空气气氛中，在900-1000℃下保温10-12h，自然降温至室温，粉碎分级，制得活性物质LiMn_1-x-yCo_xMg_yO₂；

（2）制备氟化石墨烯聚合物

将氟化氧化石墨烯加入分散剂中超声分散，其中，该氟化氧化石墨的元素构成为：55-65％的C、5-15％的F、20-40％的O，形成浓度为0.5-1g/L的悬浮液，在上述悬浮液中加入高锰酸钾，并超声分散，得到混合液，其中，氟化氧化石墨烯与高锰酸钾的质量比为1∶2-4，在搅拌条件下的混合液中加入3-(4-氟苯基)噻吩的分散剂溶液，并继续搅拌，其中，氟化氧化石墨烯与3-(4-氟苯基)噻吩的质量比为1∶3-5 ，过滤混合液得到产物，洗涤，真空干燥，即得氟化氧化石墨烯/聚合物复合材料；

（3）包覆

将氟化氧化石墨烯/聚合物复合材料加入去离子水中超声分散成浓度为1-1.5g/L的悬浊液，加入上述活性物质继续搅拌，得到混合溶液，其中活所述性物质的加入体积占活性物质的混合溶液体积百分比为15-20%；