本發(fā)明涉及鋰電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
中國(guó)已經(jīng)成為世界最大的汽車銷售市場(chǎng)，石油消耗的不斷增長(zhǎng)和污染物排放的不斷增加，已經(jīng)成為汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。發(fā)展混合動(dòng)力車、純電動(dòng)汽車、燃料電池車等節(jié)能及新能源汽車已成為當(dāng)務(wù)之急。目前，節(jié)能和新能源汽車還未能大規(guī)模推廣，主要還是動(dòng)力電池存在一系列的問(wèn)題，例如，能量密度較低，重量體積大，使用壽命短，成本較高，工作溫度范圍窄，充電時(shí)間長(zhǎng)等。為了改善這些不利影響，人們從材料技術(shù)入手，進(jìn)行了動(dòng)力電池的深入研究。為了解決電池的使用壽命、能量密度、自放電或者質(zhì)量等諸多問(wèn)題，出現(xiàn)了各種類型的電池。鋰離子電池由于其容量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)使其在電動(dòng)汽車領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景，已成為近幾年廣為關(guān)注的研究熱點(diǎn)。而正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，歷來(lái)是人們研發(fā)的重點(diǎn)，正極材料的好壞決定了最終鋰離子電池的性能和價(jià)格。
石墨烯是一種單原子層厚度的石墨材料，具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)以及熱學(xué)性能。它是一種具有良好應(yīng)用前景的鋰電池電極材料。利用石墨烯獲得具有特殊形貌和微觀結(jié)構(gòu)的電極材料，能有效改善材料的各項(xiàng)電化學(xué)性能。正極復(fù)合材料中石墨烯形成的連續(xù)三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可有效提高復(fù)合材料的電子及離子傳輸能力，此外相比于傳統(tǒng)導(dǎo)電劑，添加石墨烯的另一特點(diǎn)是能用較少的添加量達(dá)到更佳的電化學(xué)性能。因此制備基于石墨烯的鋰電池正極復(fù)合材料是現(xiàn)今鋰電池電池正極材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有的基于石墨烯的鋰電池正極復(fù)合材料在放電比容量及循環(huán)穩(wěn)定性方面仍然需要改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料及其制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料，由以下按照重量份的原料制成：碳酸鈷75-79份、硫酸鎳92-97份、醋酸錳60-65份、草酸鋰104-108份、檸檬酸6-10份、石墨烯13-18份、碳酰胺2-5份、納米硅粉5-8份。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：由以下按照重量份的原料制成：碳酸鈷76-78份、硫酸鎳93-96份、醋酸錳61-64份、草酸鋰105-107份、檸檬酸7-9份、石墨烯14-17份、碳酰胺3-4份、納米硅粉6-7份。
作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：由以下按照重量份的原料制成：碳酸鈷77份、硫酸鎳94份、醋酸錳62份、草酸鋰106份、檸檬酸8份、石墨烯15份、碳酰胺3份、納米硅粉7份。
所述基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料的制備方法，步驟如下：
1)稱取碳酸鈷、硫酸鎳、醋酸錳、草酸鋰和檸檬酸，投入至球磨機(jī)中，在轉(zhuǎn)速700-800rpm的轉(zhuǎn)速下球磨10-15h，獲得第一混合物；
2)將第一混合物投入烘箱中，在110-115℃下干燥2-5h，冷卻，過(guò)200-400目篩，獲得第二混合物；
3)將第二混合物在氮?dú)獾臍夥铡?00-730℃下煅燒處理5-8h，然后降溫至400-450℃，保溫2-3h，再隨爐冷卻至室溫，獲得第三混合物；
4)將第三混合物粉碎，過(guò)200-400目篩，獲得第四混合物，備用；
5)稱取石墨烯，加入15-20倍重量的乙二醇，然后投入碳酰胺和第四混合物，超聲波處理2-3h，獲得第五混合物；
6)將第五混合物進(jìn)行真空低溫干燥，獲得第六混合物；
7)將第六混合物在氮?dú)獾臍夥铡?70-890℃下燒結(jié)處理3-6h，然后降溫至270-300℃，保溫2-3h，再隨爐冷卻至室溫，獲得第七混合物；
8)將第七混合物粉碎，過(guò)200-400目篩，然后加入6-10倍重量的乙二醇，再加入納米硅粉，磁力攪拌1-2h，超聲波處理1-2h，獲得第八混合物；
9)將第八混合物采用去離子水洗滌3-5次，在150-170℃下真空干燥7-10h，即可。
作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：步驟5)中，超聲波處理功率為800W。
作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：步驟8)中，超聲波處理功率為1000W。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明制備的基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料，具有較高的放電比容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，有廣闊的市場(chǎng)前景；本發(fā)明制備的基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料能夠大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，易于推廣。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。
實(shí)施例1
一種基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料，由以下按照重量份的原料制成：碳酸鈷75份、硫酸鎳92份、醋酸錳60份、草酸鋰104份、檸檬酸6份、石墨烯13份、碳酰胺2份、納米硅粉5份。
本實(shí)施例中，所述基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料的制備方法，步驟如下：
1)稱取碳酸鈷、硫酸鎳、醋酸錳、草酸鋰和檸檬酸，投入至球磨機(jī)中，在轉(zhuǎn)速700rpm的轉(zhuǎn)速下球磨10h，獲得第一混合物；
2)將第一混合物投入烘箱中，在110℃下干燥2h，冷卻，過(guò)200目篩，獲得第二混合物；
3)將第二混合物在氮?dú)獾臍夥铡?00℃下煅燒處理5h，然后降溫至400℃，保溫2h，再隨爐冷卻至室溫，獲得第三混合物；
4)將第三混合物粉碎，過(guò)200目篩，獲得第四混合物，備用；
5)稱取石墨烯，加入15倍重量的乙二醇，然后投入碳酰胺和第四混合物，超聲波處理2h，獲得第五混合物，其中，超聲波處理功率為800W；
6)將第五混合物進(jìn)行真空低溫干燥，獲得第六混合物；
7)將第六混合物在氮?dú)獾臍夥铡?70℃下燒結(jié)處理3h，然后降溫至270℃，保溫2h，再隨爐冷卻至室溫，獲得第七混合物；
8)將第七混合物粉碎，過(guò)200目篩，然后加入6倍重量的乙二醇，再加入納米硅粉，磁力攪拌1h，超聲波處理1h，獲得第八混合物，其中，超聲波處理功率為1000W；
9)將第八混合物采用去離子水洗滌3次，在150℃下真空干燥7h，即可。
實(shí)施例2
一種基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料，由以下按照重量份的原料制成：碳酸鈷76份、硫酸鎳93份、醋酸錳61份、草酸鋰107份、檸檬酸9份、石墨烯17份、碳酰胺3份、納米硅粉7份。
本實(shí)施例中，所述基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料的制備方法，步驟如下：
1)稱取碳酸鈷、硫酸鎳、醋酸錳、草酸鋰和檸檬酸，投入至球磨機(jī)中，在轉(zhuǎn)速750rpm的轉(zhuǎn)速下球磨11h，獲得第一混合物；
2)將第一混合物投入烘箱中，在110℃下干燥3h，冷卻，過(guò)200目篩，獲得第二混合物；
3)將第二混合物在氮?dú)獾臍夥铡?10℃下煅燒處理6h，然后降溫至420℃，保溫2h，再隨爐冷卻至室溫，獲得第三混合物；
4)將第三混合物粉碎，過(guò)200目篩，獲得第四混合物，備用；
5)稱取石墨烯，加入16倍重量的乙二醇，然后投入碳酰胺和第四混合物，超聲波處理2h，獲得第五混合物，其中，超聲波處理功率為800W；
6)將第五混合物進(jìn)行真空低溫干燥，獲得第六混合物；
7)將第六混合物在氮?dú)獾臍夥铡?70℃下燒結(jié)處理4h，然后降溫至270℃，保溫2h，再隨爐冷卻至室溫，獲得第七混合物；
8)將第七混合物粉碎，過(guò)200目篩，然后加入7倍重量的乙二醇，再加入納米硅粉，磁力攪拌1h，超聲波處理1h，獲得第八混合物，其中，超聲波處理功率為1000W；
9)將第八混合物采用去離子水洗滌3次，在150℃下真空干燥8h，即可。
實(shí)施例3
一種基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料，由以下按照重量份的原料制成：碳酸鈷77份、硫酸鎳94份、醋酸錳62份、草酸鋰106份、檸檬酸8份、石墨烯15份、碳酰胺3份、納米硅粉7份。
本實(shí)施例中，所述基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料的制備方法，步驟如下：
1)稱取碳酸鈷、硫酸鎳、醋酸錳、草酸鋰和檸檬酸，投入至球磨機(jī)中，在轉(zhuǎn)速750rpm的轉(zhuǎn)速下球磨13h，獲得第一混合物；
2)將第一混合物投入烘箱中，在112℃下干燥3h，冷卻，過(guò)300目篩，獲得第二混合物；
3)將第二混合物在氮?dú)獾臍夥铡?20℃下煅燒處理7h，然后降溫至420℃，保溫2.5h，再隨爐冷卻至室溫，獲得第三混合物；
4)將第三混合物粉碎，過(guò)300目篩，獲得第四混合物，備用；
5)稱取石墨烯，加入18倍重量的乙二醇，然后投入碳酰胺和第四混合物，超聲波處理2.5h，獲得第五混合物，其中，超聲波處理功率為800W；
6)將第五混合物進(jìn)行真空低溫干燥，獲得第六混合物；
7)將第六混合物在氮?dú)獾臍夥铡?80℃下燒結(jié)處理5h，然后降溫至290℃，保溫2.5h，再隨爐冷卻至室溫，獲得第七混合物；
8)將第七混合物粉碎，過(guò)300目篩，然后加入8倍重量的乙二醇，再加入納米硅粉，磁力攪拌1.5h，超聲波處理1.5h，獲得第八混合物，其中，超聲波處理功率為1000W；
9)將第八混合物采用去離子水洗滌4次，在160℃下真空干燥9h，即可。
實(shí)施例4
一種基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料，由以下按照重量份的原料制成：碳酸鈷78份、硫酸鎳96份、醋酸錳64份、草酸鋰105份、檸檬酸7份、石墨烯14份、碳酰胺4份、納米硅粉6份。
本實(shí)施例中，所述基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料的制備方法，步驟如下：
1)稱取碳酸鈷、硫酸鎳、醋酸錳、草酸鋰和檸檬酸，投入至球磨機(jī)中，在轉(zhuǎn)速800rpm的轉(zhuǎn)速下球磨14h，獲得第一混合物；
2)將第一混合物投入烘箱中，在113℃下干燥4h，冷卻，過(guò)400目篩，獲得第二混合物；
3)將第二混合物在氮?dú)獾臍夥铡?20℃下煅燒處理7h，然后降溫至430℃，保溫3h，再隨爐冷卻至室溫，獲得第三混合物；
4)將第三混合物粉碎，過(guò)400目篩，獲得第四混合物，備用；
5)稱取石墨烯，加入19倍重量的乙二醇，然后投入碳酰胺和第四混合物，超聲波處理3h，獲得第五混合物，其中，超聲波處理功率為800W；
6)將第五混合物進(jìn)行真空低溫干燥，獲得第六混合物；
7)將第六混合物在氮?dú)獾臍夥铡?90℃下燒結(jié)處理5h，然后降溫至300℃，保溫2.5h，再隨爐冷卻至室溫，獲得第七混合物；
8)將第七混合物粉碎，過(guò)400目篩，然后加入8倍重量的乙二醇，再加入納米硅粉，磁力攪拌2h，超聲波處理1.5h，獲得第八混合物，其中，超聲波處理功率為1000W；
9)將第八混合物采用去離子水洗滌5次，在165℃下真空干燥9h，即可。
實(shí)施例5
一種基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料，由以下按照重量份的原料制成：碳酸鈷79份、硫酸鎳97份、醋酸錳65份、草酸鋰108份、檸檬酸10份、石墨烯18份、碳酰胺5份、納米硅粉8份。
本實(shí)施例中，所述基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料的制備方法，步驟如下：
1)稱取碳酸鈷、硫酸鎳、醋酸錳、草酸鋰和檸檬酸，投入至球磨機(jī)中，在轉(zhuǎn)速800rpm的轉(zhuǎn)速下球磨15h，獲得第一混合物；
2)將第一混合物投入烘箱中，在115℃下干燥5h，冷卻，過(guò)400目篩，獲得第二混合物；
3)將第二混合物在氮?dú)獾臍夥铡?30℃下煅燒處理8h，然后降溫至450℃，保溫3h，再隨爐冷卻至室溫，獲得第三混合物；
4)將第三混合物粉碎，過(guò)400目篩，獲得第四混合物，備用；
5)稱取石墨烯，加入20倍重量的乙二醇，然后投入碳酰胺和第四混合物，超聲波處理3h，獲得第五混合物，其中，超聲波處理功率為800W；
6)將第五混合物進(jìn)行真空低溫干燥，獲得第六混合物；
7)將第六混合物在氮?dú)獾臍夥铡?90℃下燒結(jié)處理6h，然后降溫至300℃，保溫3h，再隨爐冷卻至室溫，獲得第七混合物；
8)將第七混合物粉碎，過(guò)400目篩，然后加入10倍重量的乙二醇，再加入納米硅粉，磁力攪拌2h，超聲波處理2h，獲得第八混合物，其中，超聲波處理功率為1000W；
9)將第八混合物采用去離子水洗滌5次，在170℃下真空干燥10h，即可。
對(duì)比例
與實(shí)施例3相比，不含納米硅粉，其他與實(shí)施例3相同。
采用實(shí)施例1-5及對(duì)比例制備的正極材料制成鋰電池正極，并組裝成電池，在2-4.8V、200mA/g的充放電條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)施例1-5的首次放電比容量為218.327-289.534mAh/g，經(jīng)過(guò)50次循環(huán)后的放電比容量為247.534-292.173mAh/g。其中，實(shí)施例3的首次放電比容量為275.851mAh/g，經(jīng)過(guò)50次循環(huán)后的放電比容量為292.173mAh/g。對(duì)比例的首次放電比容量為192.536mAh/g，經(jīng)過(guò)50次循環(huán)后的放電比容量為259.374mAh/g。因此可以看出本發(fā)明所制備的正極材料具有良好的放電比容量和循環(huán)穩(wěn)定性，且實(shí)施例3的性能優(yōu)于對(duì)比例。
本發(fā)明制備的基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料，具有較高的放電比容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，有廣闊的市場(chǎng)前景；本發(fā)明制備的基于石墨烯的鋰電池復(fù)合正極材料能夠大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，易于推廣。
上面對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。