一种三明治核壳结构的富锂锰基、尖晶石及石墨烯柔性复合正极及其制备方法与流程

文档序号:18060337发布日期:2019-07-03 03:02阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种具有三明治核壳结构的柔性复合正极的制备方法,所述的柔性复合材料包括富锂锰基、尖晶石和石墨烯,所述富锂锰基正极材料的化学式为aLi2MnO3·(1-a)LiMO2,尖晶石材料的化学式为LiMn2-xMxO4;上述两个化学式中:0.1≤a<1,M=Mn1-x-yNixCoy,0<x≤0.5,0<y≤0.5;其特征在于:该方法包含以下工艺步骤:

步骤一:采用共沉淀的方法制备锰镍钴碳酸盐球形前驱体;

步骤二:将由步骤一获得的锰镍钴碳酸盐球形前驱体与锂盐化合物,或者是将由步骤一获得的锰镍钴碳酸盐球形前驱体与氢氧化锂进行均匀混合、煅烧,从而得到球形富锂锰基正极材料;

步骤三:将由步骤二获得的球形富锂锰基正极材料与氧化石墨烯分散液混合,将混合后的球形富锂锰基正极材料与氧化石墨烯分散液采用真空抽滤的方法制备具有三明治结构的富锂锰基及氧化石墨烯复合薄膜,最后再将具有三明治结构的富锂锰基及氧化石墨烯复合薄膜经过高温原位碳热还原制备具有三明治核壳结构的富锂锰基、尖晶石及石墨烯柔性复合正极;所述的高温原位碳热还原具体步骤为:以1~10℃/min的升温速率将所述复合薄膜置于空气中,在300~400℃温度下煅烧0.5~2 h,或置于氮气或惰性气氛下,在300~800℃温度下煅烧0.5~5 h,或置于真空环境下,在300~800℃温度下煅烧0.5~5 h,制得三明治/核壳结构的富锂锰基、尖晶石及石墨烯柔性复合正极,控制石墨烯在制得的所述复合正极中质量分数为5~50%;

所述的三明治核壳结构指的是:以富锂锰基正极材料为核、尖晶石为壳组成的核壳结构,核壳结构再与石墨烯组成的夹层结构。

2.根据权利要求1所述的具有三明治核壳结构的柔性复合正极的制备方法,其特征在于:所述步骤一的具体步骤如下:

步骤(1):分别称取锰盐化合物、镍盐化合物及钴盐化合物,并全部溶于去离子水中混合均匀,配制0.1~1mol/L的混合金属盐溶液M;

步骤(2):分别称取碳酸盐沉淀剂及络合剂,并全部溶于去离子水中混合均匀,配制0.1~1mol/L的碳酸盐沉淀剂与络合剂混合溶液;

步骤(3):在强力搅拌下,将配制好的所述碳酸盐沉淀剂与络合剂混合溶液加入到步骤(1)的混合金属盐溶液M中,控制混合金属盐、碳酸盐沉淀剂和络合剂的摩尔比为1:1:0.1~0.6,在搅拌速度为500~1500r/min、温度为20~50℃的条件下,反应1~10 h,得到锰镍钴碳酸盐球形前驱体。

3.根据权利要求2所述的具有三明治核壳结构的柔性复合正极的制备方法,其特征在于:所述的锰镍钴碳酸盐球形前驱体的粒径为0.3~6μm。

4.根据权利要求2所述的具有三明治核壳结构的柔性复合正极的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述锰盐化合物为硫酸锰、甲酸锰、乙酸锰或硝酸锰中的一种或多种的混合物;所述镍盐化合物为硫酸镍、甲酸镍、乙酸镍或硝酸镍中的一种或多种的混合物;所述钴盐化合物为硫酸钴、甲酸钴、乙酸钴或硝酸钴中的一种或多种的混合物;步骤(2)中,所述碳酸盐沉淀剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵中的一种或多种的混合物;所述络合剂为碳酸氢铵、硫酸氢铵、硫酸铵、氨水中的一种或多种的混合物。

5.根据权利要求1所述的具有三明治核壳结构的柔性复合正极的制备方法,其特征在于:所述步骤二的具体步骤如下:

步骤(1):将锰镍钴碳酸盐球形前驱体与锂盐化合物,或者是将锰镍钴碳酸盐球形前驱体与氢氧化锂均匀混合,并以1~5℃/min升温速率从室温升至300~600℃,预烧3~10 h;

步骤(2):再以相同升温速率升温至600~900℃,煅烧6~15 h,从而得到球形富锂锰基正极材料。

6.根据权利要求1或5所述的具有三明治核壳结构的柔性复合正极的制备方法,其特征在于:所述球形富锂锰基正极材料的粒径为0.3~6μm。

7.根据权利要求5所述的具有三明治核壳结构的柔性复合正极的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述的锂盐化合物为醋酸锂、硝酸锂、乙醇锂、甲酸锂、碳酸锂中的一种或多种的混合物;所述混合方式为液相混合或固相混合;步骤(2)中,所述煅烧气氛为空气。

8.根据权利要求1所述的具有三明治核壳结构的柔性复合正极的制备方法,其特征在于:所述步骤三中,具有三明治结构的富锂锰基及氧化石墨烯复合薄膜的具体制备步骤如下:

步骤(1):称取氧化石墨烯加入溶剂中,超声分散0.5~5 h,得到氧化石墨烯分散液,控制氧化石墨烯与溶剂的固液比为2~30 mg/mL;

步骤(2):将所述球形富锂锰基正极材料加入到氧化石墨烯分散液中,继续超声分散0.5~1 h;

步骤(3):利用砂芯漏斗在滤膜上将氧化石墨烯与球形富锂锰基正极材料混合分散液进行真空抽滤,洗涤,所述真空抽滤的真空度为-50KPa;制得具有三明治结构的富锂锰基及氧化石墨烯复合薄膜。

9.根据权利要求8所述的具有三明治核壳结构的柔性复合正极的制备方法,其特征在于:所述氧化石墨烯外径为5~50μm;所述溶剂为去离子水、有机溶剂的一种或多种的混合物;所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、乙醇、异丙醇、甲醇、环己烷中的一种或多种的混合物;所述惰性气氛为氩气、氦气的一种。

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