[发明专利]一种锂电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明是一种锂电池正极材料及其制备方法，该正极材料为二氧化锰与氟化石墨烯的复合物，制备过程包括如下步骤：制备单分散氟化石墨烯溶液、制备氟化石墨烯和二氧化锰复合粉体、热处理、研磨、过筛。本发明中氟化石墨烯能与二氧化锰材料形成均匀的三维复合体系，应用于锂一次电池有利于提高正极材料的利用率，明显提高电池的比能量。本发明工艺操作简单易行，适用于工程化生产，能够提供一种高能锂电池正极材料，具有很大的工业和商业价值。

技术领域

本发明是一种锂电池正极材料及其制备方法，属于储能复合材料技术领域。

背景技术

着社会经济的发展，人们对移动电源的性能要求越来越高，各种便携式电子产品配套电源向高比能量、大功率、长贮存寿命、高安全性的方向发展。锂一次电池由于具有优异的性能，被广泛应用于传感器、照相机、心脏起搏器、飞机等多种民用及军事领域。目前常见的锂一次电池包括，锂二氧化锰电池、锂亚硫酰氯电池、锂二氧化硫电池、锂氟电池、锂铁电池等。其中，锂二氧化锰电池应用最为广泛，具有放电电压高，放电平稳、活性材料成本低等优势，但是其比能量较低；而氟化碳是锂一次电池正极材料中理论比能量最高的，锂氟电池实用比能量可高达250～800Wh/kg，但是由于氟化碳材料费用高、电池低温性能及大电流工作性能不理想使锂氟电池实用性受限。

石墨烯是一种新型二维纳米材料，具有超强的导电性能，是目前导电性最好的材料。单层石墨烯具有高比表面积(2630m²/g)、超高的电子迁移率(200000cm²/V·S)和热导率(5000W/m·K)。氟化石墨烯作为石墨烯的新型功能化材料，既保持了石墨烯的大比表面积，又因氟原子的引入带来了表面能降低、疏水性增强等新颖的界面和物理化学性能。氟化石墨烯应用于锂一次电池正极材料，有利于提高电解液的浸润并增大正极材料反应活性面积，提高材料导电性，从而有效提升正极材料利用率，这对于提高锂电池的比能量具有重要意义。因此基于以上原因，我们提出了以下发明。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种锂电池正极材料及其制备方法，其目的在于针对现有商用锂一次电池正极材料容量利用率低的缺陷，利用氟化石墨烯独特的二维结构及优异的表界面性质，改性目前商用的二氧化锰材料，使复合正极材料的容量利用率和电池比能量得到明显提高。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明技术方案提出了一种锂电池正极材料，其特征在于：该材料的化学组成及重量百分比为：氟化石墨烯5％～30％，二氧化锰70％～95％。

本发明技术方案还提出制备该种锂电池正极材料的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

步骤一、单分散氟化石墨烯溶液的制备

将氟化石墨烯加入到有机溶剂中，利用超声振荡方式制备出均匀的单分散氟化石墨烯溶液；

步骤二、将二氧化锰粉末加入到步骤一得到的单分散氟化石墨烯溶液中，得到混合溶液；

步骤三、将步骤二得到的混合溶液加热到40～60℃恒温并同步进行机械搅拌，直至烘干；

步骤四、将烘干后的粉体置于烘箱内，进行300～320℃恒温、20～30小时热处理；

步骤五、将步骤四热处理后的粉体进行研磨，过筛即得到所述锂电池正极材料。

所述有机溶剂的重量为氟化石墨烯重量的19～199倍。

所述有机溶剂为无水乙醇、异丙醇、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮或二甲基甲酰胺中的一种。

氟化石墨烯为氟化石墨烯纳米片，其最大外径尺寸为5～20μm，氟碳原子比为0.6～1.1。

步骤一中的超声振荡时间超过30分钟。