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CN108232136A - 一种石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备方法 - Google Patents

一种石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备方法 Download PDF

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CN108232136A CN201711368043.5A CN201711368043A CN108232136A CN 108232136 A CN108232136 A CN 108232136A CN 201711368043 A CN201711368043 A CN 201711368043A CN 108232136 A CN108232136 A CN 108232136A
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孙璀光
王云峰
姚晓青
徐勇
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Jiangsu Chaodian New Energy Technology Development Co Ltd
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Abstract

本发明公开一种石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：以石墨为原材料，采用超声机械剥离的方法得到石墨烯；将石墨烯与镍钴锰酸锂混合至去离子水中，再添加葡萄糖，通过超声混合，过滤，烘干，得到石墨烯复合镍钴锰酸锂材料；其中葡萄糖的添加量与原材料石墨的质量比值为1:1~1:3，石墨烯占石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的质量百分比为2%~5%。本发明通过利用石墨烯对正极材料镍钴锰酸锂进行改性，使制成的电池内阻大幅度降低。

Description

一种石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备方法。
背景技术
石墨烯由于具有与众不同的结构，优异的导电性能、极高的比表面积以及可靠的化学稳定性，尤其是其出众的导热性能，在锂离子电池研究领域受到了广泛的关注。
目前在锂离子电池市场上，由于电池的内阻普遍较大（10~30mΩ），以及电解液的使用温度范围等问题，锂离子电池即使在较低的充放电倍率（普遍在0.2C~1C）下，工作时的温升会超过15℃，在某些特定环境下，电池的工作温度会超过55℃，超出电解液的正常使用温度范围（-20~55℃），将存在严重的安全隐患，因此较大的电池内阻影响着锂离子电池的发展。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备方法，利用石墨烯对正极材料镍钴锰酸锂进行改性，使制成的电池内阻大幅度降低。
技术方案：本发明所述石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）以石墨为原材料，采用超声机械剥离的方法得到石墨烯；
（2）将石墨烯与镍钴锰酸锂混合至去离子水中，再添加葡萄糖，通过超声混合，过滤，烘干，得到石墨烯复合镍钴锰酸锂材料；其中葡萄糖的添加量与原材料石墨的质量比值为1:1~1:3，石墨烯占石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的质量百分比为2%~5%。
进一步完善上述技术方案，所述超声机械剥离得到石墨烯所需的溶剂为去离子水，时间为5~8小时；
进一步地，所述石墨烯与镍钴锰酸锂进行超声混合的温度为常温，时间为5~10小时。
采用上述石墨烯复合镍钴锰酸锂材料制成的锂离子电池，包括如下步骤：采用石墨烯复合镍钴锰酸锂材料作为正极材料，石墨作为负极材料，将正极材料、负极材料分别与导电剂、粘结剂以及溶剂进行充分混合，直至呈现黑色浆料状；按照锂离子电池的生产流程，通过拌浆、涂布、辊压、模切、制片、叠片、注液、封装、化成、分容工序，制成方形软包电池。
有益效果：本发明利用石墨烯的独特优势，在正极材料镍钴锰酸锂中添加石墨烯材料，有效提高材料的导电性能、化学稳定性、导热性能，并将改性后的镍钴锰酸锂应用于锂离子电池，可有效改善电池性能。
本发明首先采用超声机械剥离制备石墨烯，进一步采用超声混合制备石墨烯复合镍钴锰酸锂材料，只需两步反应，方法简单，无需加热、氧化剂以及还原剂，不涉及硫酸、双氧水等具有危险性的化学试剂，只需通过添加葡萄糖，进一步除去石墨烯表面的杂质官能团，并通过超声混合，使复合材料分散均匀。
本发明通过利用石墨烯对正极材料镍钴锰酸锂进行改性，使制成的电池内阻大幅度降低（仅为0.5~0.8mΩ），进而大幅度减少电池在充放电时的发热量，可有效降低电池在充放电的温升，方法操作简单，可进行大规模生产。
本发明提供了关于利用石墨烯对正极材料镍钴锰酸锂进行改性，可应用在数码电池或者动力电池方面，可提升安全性能以及寿命。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：本发明提供的石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）石墨烯材料的制备：以石墨为原材料，以去离子水为溶剂，采用超声机械剥离的方法得到石墨烯，其中反应时间为5小时；
（2）石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备：将石墨烯材料混合至去离子水中，再向其中投入一定量的镍钴锰酸锂，并添加与石墨的质量相同的葡萄糖，在常温下，经过5小时的超声混合，进一步过滤，烘干后，得到石墨烯复合镍钴锰酸锂材料，其中石墨烯占复合材料总质量的2%。
实施例2：本发明提供的石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）石墨烯材料的制备：以石墨为原材料，以去离子水为溶剂，采用超声机械剥离的方法得到石墨烯，其中反应时间为6小时；
（2）石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备：将石墨烯材料混合至去离子水中，再向其中投入一定量的镍钴锰酸锂，并添加与石墨的质量1.5倍的葡萄糖，在常温下，经过6小时的超声混合，进一步过滤，烘干后，得到石墨烯复合镍钴锰酸锂材料，其中石墨烯占复合材料总质量的3%。
实施例3：本发明提供的石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）石墨烯材料的制备：以石墨为原材料，以去离子水为溶剂，采用超声机械剥离的方法得到石墨烯，其中反应时间为7小时；
（2）石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备：将石墨烯材料混合至水中，再向其中投入一定量的镍钴锰酸锂，并添加与石墨的质量2倍的葡萄糖，在常温下，经过8小时的超声混合，进一步过滤，烘干后，得到石墨烯复合镍钴锰酸锂材料，其中石墨烯占复合材料总质量的5%。
实施例4：本发明提供的石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）石墨烯材料的制备：以石墨为原材料，以去离子水为溶剂，采用超声机械剥离的方法得到石墨烯，其中反应时间为8小时；
（2）石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备：将石墨烯材料混合至水中，再向其中投入一定量的镍钴锰酸锂，并添加与石墨的质量3倍的葡萄糖在常温下，经过10小时的超声混合，进一步过滤，烘干后，得到石墨烯复合镍钴锰酸锂材料，其中石墨烯占复合材料总质量的3.5%。
将上述实施例中制备得到的石墨烯复合镍钴锰酸锂作为锂离子电池的正极材料，并以石墨作为负极材料，将正极材料、负极材料分别与导电剂、粘结剂以及溶剂进行充分混合，直至呈现黑色浆料状；按照锂离子电池的生产流程，通过拌浆、涂布、辊压、模切、制片、叠片、注液、封装、化成、分容等工序，制成方形软包电池。
以20Ah的电池为例，实测内阻仅为0.5~0.8mΩ，相比于其他类似电池，减少了90%以上。由于内阻的大幅度降低，可使电池的充电电流大幅度提升最高至10C，放电电流可提升至20C，且电池的温度控制在标准范围之内（低于55℃），保证安全性，因此在动力电池、数码电池、无人机电池等邻域均有广阔的应用情景。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (5)

1.一种石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）以石墨为原材料，采用超声机械剥离的方法得到石墨烯；
（2）将石墨烯与镍钴锰酸锂混合至去离子水中，再添加葡萄糖，通过超声混合，过滤，烘干，得到石墨烯复合镍钴锰酸锂材料；其中葡萄糖的添加量与原材料石墨的质量比值为1:1~1:3，石墨烯占石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的质量百分比为2%~5%。
2.根据权利要求1所述的石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备方法，其特征在于：所述超声机械剥离得到石墨烯所需的溶剂为去离子水。
3.根据权利要求1所述的石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备方法，其特征在于：所述超声机械剥离得到石墨烯所需的时间为5~8小时。
4.根据权利要求1所述的石墨烯复合镍钴锰酸锂材料的制备方法，其特征在于：所述石墨烯与镍钴锰酸锂进行超声混合的温度为常温，时间为5~10小时。
5.采用权利要求1至4任一所述石墨烯复合镍钴锰酸锂材料制成的锂离子电池，其特征在于，包括如下步骤：
（1）采用石墨烯复合镍钴锰酸锂材料作为正极材料，石墨作为负极材料，添加导电剂，粘结剂以及溶剂，将正极材料、负极材料分别与导电剂、粘结剂以及溶剂进行充分混合，直至呈现黑色浆料状；
（2）按照锂离子电池的生产流程，通过拌浆、涂布、辊压、模切、制片、叠片、注液、封装、化成、分容工序，制成方形软包电池。
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