[发明专利]功能化石墨烯掺杂的镍钴锰酸锂复合正极材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种功能化石墨烯掺杂的镍钴锰酸锂复合正极材料的制备方法，包括分别配制镍钴锰的盐溶液A、甜菜碱型两性离子化合物化学修饰的功能化氧化石墨烯水溶液B、碱液C、络合剂溶液D、底液E；将溶液A和溶液B混合得到溶液F，加入底液E调节pH，将溶液C、D、F注入到共沉淀反应釜中，控制反应条件，经过滤、洗涤、烘干，得到前驱体复合材料，将前驱体复合材料与锂源融合，再经烧结、破碎、筛分，得到功能化石墨烯掺杂的镍钴锰酸锂复合正极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及到一种功能化石墨烯掺杂的镍钴锰酸锂复合正极材料及其制备方法。

背景技术

在已经商业化的锂离子电池正极材料中，镍钴锰酸锂以其比容量大、工作电压高、相对价格低等优势，已成为乘用车锂离子电池的主流正极材料。但是其倍率性能较差，循环寿命较低，因此可以通过掺杂改性进行提高。石墨烯是一种单分子厚度的二维碳材料，具有已知的最高的导热、导电性能材料，并且已经广泛应用于锂离子电池正极材料中。石墨烯由于其超薄的片层厚度、较大的比表面积，使其在于正极材料混合时很难均匀地分散。为使石墨烯均匀的掺杂于镍钴锰酸锂中，最理想的方法是在镍钴锰酸锂前驱体制备过程中时就在反应液中均匀地分散好石墨烯。

镍钴锰酸锂前驱体制备时的溶剂为水，因此石墨烯是不能均匀地分散。氧化石墨烯作为化学法制备石墨烯的前驱体，其表面含有丰富的含氧官能团，使其表面带有负电荷。利用负电荷的相互排斥作用，氧化石墨烯可以均匀地分散于水中形成氧化石墨烯水溶液。因此可以在此过程中使用氧化石墨烯，最后烧结时再将其还原成石墨烯。但是在实验过程中发现，氧化石墨烯尽管可以很好的分散于水溶液中，但是在盐溶液中由于其表面负电荷被屏蔽，很快便成絮状物析出，即不能很好的分散于生成的镍钴锰酸锂前驱体颗粒中。

甜菜碱是一种两性离子化合物，具有持久的抗盐性。通过物理吸附或化学反应，可以将甜菜碱型两性离子化合物接枝到氧化石墨烯表面。不同于氧化石墨烯，所形成的功能化的氧化石墨烯具有极好的抗盐性。将此功能化的氧化石墨烯与镍钴锰盐溶液混合，可得到均匀的分散液。将此分散液与碱液、络合剂通过并流加料方式进行共沉淀反应，可得到氧化石墨烯均匀分散的镍钴锰酸锂前驱体复合材料，并最终得到的石墨烯均匀掺杂的镍钴锰酸锂复合正极材料。

发明内容

本发明的主要目的是解决镍钴锰酸锂正极材料应用于动力锂离子电池正极材料的倍率性能较差及循环性能较差的问题，提供一种功能化石墨烯均匀掺杂的镍钴锰酸锂复合正极材料及其制备方法。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种功能化石墨烯掺杂的镍钴锰酸锂复合正极材料，其包括以下组分：

镍钴锰酸锂正极材料 90％-99.9％；

功能化石墨烯 0.1％-10％；

所述功能化石墨烯均匀分散于镍钴锰酸锂正极材料中。

进一步，所述镍钴锰酸锂正极材料化学式为LiNi_xCo_yMn_zO₂(x+y+z＝1)，其中，x:y:z＝1:1:1、5:2:3、6:2:2、7:1.5:1.5或8:1:1。

进一步，所述功能化石墨烯为甜菜碱型两性离子化合物修饰的氧化石墨烯经高温烧结得到；

所述甜菜碱型两性离子化合物为硫代甜菜碱、烷基甜菜碱、磺丙基甜菜碱、磷酸脂甜菜碱的一种或多种；

所述硫代甜菜碱包括硫代甜菜碱10或硫代甜菜碱12；

所述烷基甜菜碱包括十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱、十六烷基二甲基甜菜碱或十八烷基二甲基甜菜碱；