纳米复合材料制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于锂离子电池正极材料制备领域。
【背景技术】
[0002]锂离子电池以其高能量密度、长循环寿命和环境友好等优点，成为“21世纪的绿色电池”是便携式电子产品不可或缺的部件，更是国家未来重点发展的新兴战略性节能减排产业一新能源电动汽车最具应用前景的动力电池。电动汽车所用的锂离子电池除应具有高能量、高功率、长寿命等技术指标，还应具备安全可靠及低成本等特点，而正极材料则是限制锂离子动力电池发展的关键因素。尖晶石LiMn2O4以其原材料资源丰富、成本低、安全性好、无环境污染、易制备等优点，成为锂动力电池首选正极材料，但从实际应用来看，其容量衰减快、高倍率充放电等问题则是制约其应用的瓶颈。虽然通过对尖晶石LiMn2O4进行体相掺杂和表面包覆能在一定程度上提高其循环性能，但是以降低活性材料的比容量为代价的并不能显著提高材料的电化学性能。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种比容量高同时电循环性能优良的石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料制备方法。
[0004]本发明通过以下技术方案予以实现:一种石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料制备方法，包括1.石墨烯制备:将氧化石墨用去离子水分散，用超声波处理器振动获得含有氧化石墨烯纳米层的混合液，之后将获得的棕色氧化石墨烯混合液倒人圆底烧瓶.加入水合肼作为还原剂，混合液在100°c下回流,溶液的颜色逐渐变为黑色，最后将混合液过滤、清洗，得到黑色的蛋糕状滤饼，干燥后得到石墨烯材料粉末，最后将其放置于管式炉中，在氮气保护下500°c灼烧2h ；2.纳米尖晶石LiMn2O2正极材料制备:以柠檬酸、锰盐、锂盐等按制备纳米尖晶石LiMn2O2电极材料的化学计量比计量，加入蒸馏水，搅拌至样品完全溶解，将烧杯置于水浴锅中，加热至80°C，反应物发生反应，同时用电磁搅拌器搅拌.直至形成浅黄色疏松状固体，将样品在120°C烘干12h，之后在350°C下灼烧3 h.冷却后在瓷钵中碾磨，得到LiMn2O4的前驱体，将前驱体转入坩埚中，置于马弗炉中750°C灼烧12h，样品在炉内自然冷却，冷却后将样品碾磨过筛即得纳米尖晶石LiMn2O2电极材料；3.石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料制备:将制备的石墨烯和纳米尖晶LiMn2O4正极材料溶解在去离子水中.用超声波处理器进行高能量振动24h.放入冰箱冰冻，之后移入冷冻干燥机进行冷冻干燥即得石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料。
[0005]所述石墨烯制备步骤中，所述氧化石墨为采用改进的Hmnmers法制备。
[0006]本发明具有如下有益效果:
制备过程简单，制备的石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料，其放电比容量为124.30mAh.g—1，循环100周后，对应容量保持率为96.66%，具有良好的电化学性能。
【具体实施方式】
[0007]下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
[0008]具体实施例:本发明所述制备过程是:包括1.石墨烯制备:采用氧化还原法将氧化石墨用去离子水分散，所述氧化石墨为采用改进的Hmnmers法制备,用超声波处理器振动获得含有氧化石墨烯纳米层的混合液，之后将获得的棕色氧化石墨烯混合液倒人圆底烧瓶.加入水合肼作为还原剂，混合液在100°C下回流,溶液的颜色逐渐变为黑色，最后将混合液过滤、清洗，得到黑色的蛋糕状滤饼，干燥后得到石墨烯材料粉末，最后将其放置于管式炉中，在氮气保护下500°C灼烧2h ；2.纳米尖晶石LiMn2O2正极材料制备:采用溶胶凝胶法以柠檬酸、锰盐、锂盐等按制备纳米尖晶石LiMn2O2电极材料的化学计量比计量，加入蒸馏水，搅拌至样品完全溶解，将烧杯置于水浴锅中，加热至80°C，反应物发生反应，同时用电磁搅拌器搅拌.直至形成浅黄色疏松状固体，将样品在120°C烘干12h，之后在350°C下灼烧3h.冷却后在瓷钵中碾磨，得到LiMn2O4的前驱体，将前驱体转入坩埚中，置于马弗炉中750°C灼烧12h，样品在炉内自然冷却，冷却后将样品碾磨过筛即得纳米尖晶石LiMn2O2电极材料；3.石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料制备:将制备的石墨烯和纳米尖晶LiMn 204正极材料溶解在去离子水中.用超声波处理器进行高能量振动24h.放入冰箱冰冻，之后移入冷冻干燥机进行冷冻干燥即得石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料。
[0009]制作电极，按80 %的复合材料和20 %的聚偏氟乙烯粘合剂的质量百分比组成:在氩气保护的手套箱中组装三电极模拟电池和2032型扣式电池，以金属锂片做为参比电极和对电极，电解液为 Imol.T1LiPF6-EC:DEC:DMC (I:1:1, V / V / V)
恒流充放电测试在高精度电池测定仪上进行，电流密度为0.1C，采用电化学工作站进行循环伏安和电化学阻抗谱测试，扫描速度0.1 mV.S'扫描电压3.3?4.3 V.电化学阻抗谱的测试频率为105Hz?10_2Hz，施加的交流信号振幅为5mV。阻抗测试前，电极在设定的极化电位下极化Ih。
[0010]经测试制备的石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料，其放电比容量为124.30mAh.g_\循环100周后，对应容量保持率为96.66%，具有良好的电化学性能
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料制备方法，其特征在于:包括1.石墨烯制备:将氧化石墨用去离子水分散，用超声波处理器振动获得含有氧化石墨烯纳米层的混合液，之后将获得的棕色氧化石墨烯混合液倒人圆底烧瓶.加入水合肼作为还原剂，混合液在100°C下回流，溶液的颜色逐渐变为黑色，最后将混合液过滤、清洗，得到黑色的蛋糕状滤饼，干燥后得到石墨烯材料粉末，最后将其放置于管式炉中，在氮气保护下500°C灼烧2h;
2.纳米尖晶石LiMn2O2正极材料制备:以柠檬酸、锰盐、锂盐等按制备纳米尖晶石LiMn2O2电极材料的化学计量比计量，加入蒸馏水，搅拌至样品完全溶解，将烧杯置于水浴锅中，加热至80°C，反应物发生反应，同时用电磁搅拌器搅拌.直至形成浅黄色疏松状固体，将样品在120°C烘干12h，之后在350°C下灼烧3 h.冷却后在瓷钵中碾磨，得到LiMn2O4的前驱体，将前驱体转入坩埚中，置于马弗炉中750°C灼烧12h，样品在炉内自然冷却，冷却后将样品碾磨过筛即得纳米尖晶石LiMn2O2电极材料；3.石墨烯/尖晶石LiMn 204纳米复合材料制备:将制备的石墨烯和纳米尖晶LiMn2O4正极材料溶解在去离子水中.用超声波处理器进行高能量振动24h.放入冰箱冰冻，之后移入冷冻干燥机进行冷冻干燥即得石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料。 2.如权利要求1所述的石墨烯/尖晶石LiMn204纳米复合材料制备方法，其特征在于:所述石墨烯制备步骤中，所述氧化石墨为采用改进的Hmnmers法制备。
【专利摘要】一种石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料制备方法，属于锂离子电池正极材料制备领域。针对目前对尖晶石LiMn204进行体相掺杂和表面包覆能提高循环性能，但是以降低活性材料的比容量为代价的问题，提供比容量高同时电循环性能优良的石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料制备方法。所述制备方法采用溶胶凝胶法和还原氧化石墨法制备尖晶石LiMn204纳米晶和石墨烯纳米片，并采用冷冻干燥法制备了石墨烯/尖晶石LiMn204纳米复合材料。该制备方法过程简单，将制备的石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料制成电极，其放电比容量为124.30mAh·g-1，循环100周后，对应容量保持率为96。66％，具有良好的电化学性能。
【IPC分类】H01M2-36
【公开号】CN104617251
【申请号】CN201410744294
【发明人】贺灿辉
【申请人】贺灿辉
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月9日