[发明专利]一种还原氧化石墨烯改性镍钴锰三元正极材料的制备方法

说明书

一种还原氧化石墨烯改性镍钴锰三元正极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。该方法首先利用硅烷偶联剂对高镍三元正极材料(LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂)进行改性处理，使其表面带正电荷。将上述改性后的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料与氧化石墨烯(GO)溶液进行简单的溶液共混处理，实现静电自组装。然后通过热处理还原得到还原氧化石墨烯(rGO)包覆高镍三元正极材料(LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂)的结构。本发明中使用的热处理还原后得到的还原氧化石墨烯具有高电子电导率，稳定的化学性质，且含有大量缺陷，可以使Li⁺穿过石墨烯的平面，并提供高容量和良好的可循环性。本发明通过这种包覆结构的设计，得到了具有较高容量和优异循环性能的正极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种还原氧化石墨烯改性镍钴锰三元正极材料的制备方法。

背景技术

层状镍钴锰酸锂三元正极材料，其具有容量高和成本低的优势，被认为是能够应用于高能量锂离子电池最有发展前景的正极材料之一。但其仍具有一些问题亟待解决：第一，Li⁺和Ni²⁺的阳离子混排效应，会导致高镍三元材料的充电和放电效率变低；第二，活性物质的腐蚀和电解质的分解会严重影响电极/电解质界面的电荷转移，从而影响锂离子电池的稳定性；第三，充放电过程中随着锂离子的脱嵌，材料的结构不稳定从而引起坍塌和破坏。

为了克服这一系列问题，目前广泛采用对三元材料进行元素掺杂、表面包覆、合成梯度结构等方法来稳定材料的结构，从而提高材料的稳定性能与高温性能。其中表面包覆提供的保护层将材料中的活性物质与电解液隔离开，有效减少了电极/电解质界面处发生的副反应，减缓长期循环过程中电极材料结构的塌陷。同时还考虑到包覆层需具备良好的电子/离子电导率，从而促进电荷转移，以达到兼顾降低界面反应与增加锂离子传输途径的效果，更好的提高三元材料的倍率及循环性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种还原氧化石墨烯包覆的三元正极材料，该材料具有良好的电子导电性和结构稳定性以及可有效地优化界面电化学反应环境，从而提高了三元锂离子电池的倍率与循环性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种还原氧化石墨烯改性镍钴锰三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)将镍钴锰三元正极材料分散于溶剂中，滴加氨水溶液使得其PH呈碱性，随后加入表面改性剂，得到表面改性后的镍钴锰三元正极材料。

步骤(2)将上述表面改性后的镍钴锰三元正极材料分散于少量溶剂中，随后滴加入GO溶液，得到氧化石墨烯(GO)包覆镍钴锰三元正极材料。

步骤(3)将步骤(2)中氧化石墨烯包覆镍钴锰三元正极材料进行热处理还原，得到还原氧化石墨烯(rGO)包覆镍钴锰三元正极材料。

按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的镍钴锰三元正极材料化学式为Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂，其中x，y和z分别在0到1之间；优选地，所述三元材料为Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)O₂。

按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的溶剂可为水、乙醇、甲苯等中的一种。

按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的表面改性剂可为硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)中的一种；表面改性剂的加入量为原料分散液重量的1～2％。