[发明专利]一种高容量三元复合材料的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料制备领域，一种高容量三元复合材料的制备方法，所述的三元复合材料是以三元材料为核，含氮氧化石墨烯为壳并在其表面包覆有碳物质形成的核壳三元复合材料；其制备方法为：1）含氮氧化石墨烯的制备：2）三元材料/石墨烯的制备：3）三元材料/石墨烯的包覆改性。本发明，通过对氧化石墨烯掺杂氮提高石墨烯的克容量，同时包覆在三元材料表面提高其三元材料的克容量发挥；通过对材料表面包覆可以大幅度降低其材料比表面积，提高其首次效率；由于采用水热法制备的氧化石墨烯具有密度高、造成其吸液能力差，通过掺杂双氧水，对其表面进行氧化造孔，提高其石墨烯的吸液保液能力。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体地说是一种高容量三元复合材料及其制备方法。

背景技术

随着市场对电动汽车续航里程要求的提高，要求锂离子电池具有更高的能量密度、安全性能及其倍率性能。而目前市场化的锂离子电池又以三元电池能量密度高、循环寿命长等优点而广泛应用于电动汽车、大巴等领域，但是其能量密度偏低，限制其在一些领域的推广。因此提高三元电池所用三元正极材料的克容量及其首次效率成为目前研究的热点。而掺杂技术则是目前最为常用、效果最佳的方法之一，即通过在材料之间掺杂金属、氧化物及其其它材料提高其克容量发挥。比如专利（CN 1041578455 A）公开了一种氧化石墨烯有机溶剂制备石墨烯复合三元材料的方法，通过在三元材料表面包覆石墨烯提高三元材料的导电性，倍率性能，但是其石墨烯较大的比表面积，降低其首次效率，并降低三元材料克容量的发挥。而进行二次包覆则可以降低三元复合材料的比表面积，并降低其材料表面与电解液的反应活性及其降低其副反应的发生概率，并提高其首次效率，进而提高材料的克容量发挥及其能量密度。

发明内容

为进一步提高三元材料的克容量发挥，本发明通过氮掺杂及其碳包覆联合法制备出克容量高、首次效率高、倍率性能佳的三元复合材料。

本发明的技术方案是：一种高容量三元复合材料的制备方法，所述的三元复合材料是以三元材料为核，含氮氧化石墨烯为壳并在其表面包覆有碳物质形成的核壳三元复合材料；其制备方法为：1）含氮氧化石墨烯的制备：2）三元材料/石墨烯的制备：3）三元材料/石墨烯的包覆改性：以重量份计，其特征在于：

1）、含氮氧化石墨烯的制备：称取1000ml浓度为1～10mg/ml的氧化石墨烯溶液，超声分散均匀后添加浓度为1～30%的双氧水10～100mg和5～50mg氮源，并分散均匀后得到含氮氧化石墨烯溶液A；

2）、三元材料/石墨烯的制备：称取1000ml的含氮氧化石墨烯溶液A，并添加10～100g的三元材料，并超声分散均匀后得到混合溶液B，并放入到高压反应釜中，并在鼓风烘箱中，升温到150～200℃，并保温2～6h，之后自然降温到室温，过滤得到三元复合材料，之后转移到真空干燥箱中，并在温度为40～80℃进行低温干燥24～72h，最后得到三元材料/石墨烯复合材料C，

3）、三元材料/石墨烯的包覆改性：称取10～50g三元材料/石墨烯复合材料放入到500ml，浓度为10%的碳氢化合物溶液中，进行搅拌包覆，过滤，并转移到管式炉中，在惰性气氛中，进行烧结碳化，最后得到外层包覆有碳物质的三元材料/石墨烯复合材料。

所述的步骤1）中氮源为苯胺、吡咯、噻吩、三聚氰胺、氨水中的一种；

所述的步骤2）中低温干燥过程中，其中每隔4小时对三元材料进行补水；

所述的步骤3）碳化条件为：首先以升温速率1～10℃/min升温到600～800℃，并保温1～3h，之后自然降温到室温。

所述的步骤3）碳氢化合物为蔗糖、葡萄糖、酚醛树脂、环氧树脂、聚丙烯晴、聚氯乙烯、聚氨酯、聚丙烯、三聚氰胺、沥青、焦油、纤维素、木质素、淀粉、果壳、果核中的一种碳含量高的化合物。