[发明专利]类石墨烯包覆锂离子电池材料的制备方法及类石墨烯包覆锂离子电池材料和应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体而言，涉及类石墨烯包覆锂离子电池材料的制备方法及类石墨烯包覆锂离子电池材料和应用。

背景技术

锂离子电池主要包含正极、负极、可以传导锂离子的电解液以及把正负极隔开的隔膜。其中，锂离子正极材料和负极材料是决定电池电化学性能、安全性能、能量密度以及价格成本的的关键因素。目前，锂离子电池正极材料有很多，比如钴系正极材料、镍系正极材料、锰系正极材料、磷酸铁锂正极材料等。锂离子电池负极材料主要分为碳材料和非碳材料，碳材料主要是指石墨类碳材料和无定形碳材料，而非碳材料包括钛基材料、锡基材料、硅基材料和氮化物。

不论是锂离子电池正极材料还是负极材料，国内外均对其进行了大量的改性研究来提高导电性能，主要包括制备纳米级锂离子电池材料、制备多孔锂离子电池材料、碳包覆、金属离子掺杂等方式。其中，碳包覆锂离子电池材料是提高其电化学性能的方法之一，这主要是由于碳包覆层的导电率较高，可以提高电池材料的导电性。碳包覆改性的研究主要集中在采用不同碳源及包覆技术实现不同形态的碳包覆。但是，目前碳包覆锂离子电池材料的整体电化学性能提升效果不明显，且存在生产成本较高的缺陷。

有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种类石墨烯包覆锂离子电池材料的制备方法，通过采用类石墨烯对锂离子电池材料进行包覆改性，改善了现有技术中采用传统石墨进行包覆改性得到的碳包覆锂离子电池材料电化学性能不佳，且生产成本较高的缺陷。

本发明的第二个目的在于提供一种类石墨烯包覆锂离子电池材料，该类石墨烯包覆锂离子电池材料电化学性能优异，且制备成本较为低廉。

本发明的第三个目的在于提供一种类石墨烯包覆锂离子电池材料的制备方法或类石墨烯包覆锂离子电池材料在锂离子电池材料中的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种类石墨烯包覆锂离子电池材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)采用氧化剂对石墨进行氧化处理，得到氧化石墨前驱体；将氧化石墨前驱体置于还原性气氛中进行烧结后，分散，得到类石墨烯；

(b)将电池材料原料与类石墨烯混合，研磨，干燥，于保护性气氛下烧结，得到类石墨烯包覆锂离子电池材料；

其中，电池材料原料包括锂源、磷源和铁源；或，电池材料原料包括钛源和锂源。

进一步的，步骤(a)中，将石墨与氧化剂混合，采用氧化剂对石墨进行氧化处理10-30h，过滤，干燥，得到氧化石墨前驱体。

进一步的，所述石墨与氧化剂的质量比为(1-2.5):(40-46)；

优选的，所述氧化剂选自浓硫酸、硝酸钠、高锰酸钾、浓硝酸、氯酸钾或双氧水中的一种或至少两种的组合。

进一步的，步骤(a)中，烧结的温度为700-1000℃，烧结时间为5-12h；

优选的，烧结时所采用的还原性气氛选自H₂、N₂、NH₃、NO、CO或H₂S中的一种或者至少两种的组合。

进一步的，所述类石墨烯为电池材料原料质量的0.5-5％。

进一步的，步骤(b)中，所述干燥为喷雾干燥或烘箱干燥；

优选的，所述干燥为喷雾干燥，喷雾干燥的进口温度为200-350℃，出口温度为60-120℃。

进一步的，步骤(b)中，所述烧结的温度为500-900℃，烧结的时间为2-10h；

优选的，所述烧结时的保护性气氛为氮气、氩气、氦气、氖气、氪气或氙气中的一种。

进一步的，所述类石墨烯包覆锂离子电池材料的制备方法，包括如下步骤：

(a)采用氧化剂对石墨进行氧化处理10-30h，过滤，干燥，得到氧化石墨前驱体；

将氧化石墨前驱体置于还原性气氛中于700-1000℃下烧结5-12h，以3000-5000rpm的转速分散0.5-2h，得到类石墨烯；

(b)将电池材料原料与类石墨烯混合，研磨，喷雾干燥，于保护性气氛中500-900℃下烧结2-10h，得到类石墨烯包覆锂离子电池材料；

其中，类石墨烯为电池材料原料质量的0.5-5％；

电池材料原料包括锂源、磷源和铁源；或，电池材料原料包括钛源和锂源。

本发明还提供了一种类石墨烯包覆锂离子电池材料，采用上述的类石墨烯包覆锂离子电池材料的制备方法制备得到。