[发明专利]一种石墨烯掺杂过渡金属草酸盐锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

一种石墨烯掺杂过渡金属草酸盐锂离子电池负极材料及其制备方法，该材料通过以下方法制得：将氧化还原石墨烯加入去离子水中，搅拌加超声震荡得到分散均匀的溶液；将可溶性过渡金属盐和草酸按一定比例分别溶于石墨烯分散液和乙醇中，低温条件下混合反应，然后离心、洗涤、沉淀、干燥，而后经过低温烧结处理，得到的负极材料。本发明通过简单的液相沉淀法制备得到石墨烯掺杂过渡金属草酸盐复合材料，并充分利用石墨烯优良的电导率、较高的比表面积，改善过渡金属草酸盐电导性能，从而增强充放电过程中锂离子的传输和电子迁移，明显提升材料的容量保持率和倍率、循环等电化学性能，促进其在锂离子电池领域中的应用。适用于生产锂电池负极材料。

技术领域

本发明涉及电极材料的制造方法，进一步来说，涉及石墨烯掺杂过渡金属草酸盐锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

众所周知，锂离子电池能否成功地制备，其中关键在于能否得到可逆地脱/嵌锂离子的负极材料。

近年来，随着科技进步和需求的增长，锂离子电池从电子终端设备走向电动汽车和储能技术领域已成为必然。为了满足对高容量锂离子电池的需求，高容量低成本的新型电极材料成为新的研究热点。对于锂离子电池负极材料而言，基于转换反应的过渡金属草酸盐负极材料由于其较高的放电比容量、稳定的循环性能引起广大学者的兴趣。但由于过渡金属草酸盐仍存在不可逆容量高、容量衰减快、电压平台高等缺点，限制了其在锂电池的应用。目前，针对上述问题，研究人员进行了大量改性研究，发现不同形貌的草酸盐材料表现出不同的电化学性能，分析研究认为形貌或结构的不同对锂离子的扩散有很大的影响。形貌与结构的改变可以有效改善锂离子扩散通道、增强传输效率。此外，通过掺杂石墨类碳材料或金属离子（如Mn、Co、Cu、Ni等）也可以显著提高材料的电导率，增强锂离子与电子的迁移速率，减少充放电过程中因锂离子活性降低而引起的容量损失。因此，利用石墨烯电导率优良、比表面积较高的优点，进行掺杂以制备得到锂离子电导率较好的过渡金属草酸盐/石墨烯（MC₂O₄/RGO，M= Fe、Co、Ni、Mn、Zn等）复合材料。

近年来科技人员进行制备锂离子电池负极材料的研究，申请了大量专利，例如：ZL2011100864912号《一种锂离子电池负极材料及其制备方法》、ZL 2014102117147号《一种提高锂离子电池用负极材料循环稳定性的方法》、ZL 2014104002523号《一种高氮掺杂类石墨烯纳米粒子的制备方法及其作为锂离子电池负极材料的应用》、ZL 2015101384732号《一种锂离子电池负极材料及其制备方法》、2016100453265号《一种硅掺杂石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法》、2016100522458号《一种铜锌锡硫掺杂石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法》、2017103189409号《一种碳包覆一氧化锰/氮掺杂还原氧化石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法》以及2017104022997号《一种偏硅酸锂掺杂石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法》等等。这些专利技术都使用了电导率优良的石墨烯，但对过渡金属草酸盐的掺杂改性还很少。因此科技人员仍然孜孜不倦地进行研究，以得到性能更佳的负极材料。

发明内容

本发明旨在提供一种石墨烯掺杂过渡金属草酸盐锂离子电池负极材料，使其能够克服现有草酸盐负极材料因电导率差导致的较高不可逆容量，倍率和循环性能不好等问题。

本发明的又一目的是提供石墨烯掺杂过渡金属草酸盐锂离子电池负极材料的制备方法，为制造高容量低成本的新型锂电池作出贡献。

发明人提供的石墨烯掺杂过渡金属草酸盐锂离子电池负极材料，是通过以下方法制得的：将氧化还原石墨烯加入去离子水中，搅拌加超声震荡得到分散均匀的溶液；将可溶性过渡金属盐和草酸按一定比例分别溶于石墨烯分散液和乙醇中，低温条件下混合反应，然后离心、洗涤、沉淀、干燥，而后经过低温烧结处理，得到的负极材料。

发明人提供的石墨烯掺杂过渡金属草酸盐锂离子电池负极材料的制备方法，具体的工艺步骤如下：