一種氧化石墨烯包覆鋰鹽的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氧化石墨烯包覆鋰鹽的制備方法。該方法包含以下操作步驟：A、將3-20%質(zhì)量百分比的聚乙二醇加入N-甲基吡咯烷酮溶液中，攪拌使溶解，得溶液A；B、將鋰鹽加入溶液A中，攪拌使分散，得溶液B；C、取均勻分散在無水乙醇中的氧化石墨烯，其中固溶物質(zhì)量比為0.5%-5%），與溶液B混合（懸浮液與溶液B的用量比為1：1-2.5）并攪拌均勻，加熱至溫度為70~100℃，保持該溫度揮干溶液，得到潮濕固體，潮濕固體經(jīng)常溫干燥后，即得。本發(fā)明的方法相對于其他包覆手段而言，更加節(jié)能環(huán)保，不要求特殊工藝，且無物料損失，更易于工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說明】一種氧化石墨稀包覆裡鹽的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的制備方法，特別涉及一種氧化石墨烯包覆鋰鹽的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯具有二維晶格結(jié)構(gòu)，平面中的碳原子以Sp2雜化軌道相連組成六邊形晶格結(jié)構(gòu)，即碳原子通過很強的σ鍵與相鄰的三個碳原子連接，C-C鍵使石墨烯具有很好的結(jié)構(gòu)剛性；剩余的一個P電子軌道垂直于石墨烯平面，與周圍的原子形成η鍵，η電子在晶格中的離域化，使石墨烯具有良好的導(dǎo)電，室溫下平面上的電子遷移率為1.5X104cm2/V.s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電子在一般導(dǎo)體中的傳導(dǎo)速率，因而在微電子、航天軍工、能量存儲裝置、納米電子器件、納米復(fù)合材料當(dāng)中有著廣闊的潛在應(yīng)用空間。鋰鹽/石墨烯復(fù)合材料不僅可以通過石墨烯緩解鋰鹽顆粒在使用過程中產(chǎn)生的體積效應(yīng)，還可利用石墨烯的電子空穴對作為電子高速遷移的媒介。目前在鋰鹽/石墨烯混合物主要是通過物理摻雜得到，即將制備好的鋰鹽和石墨烯直接混合。
[0003]氧化石墨烯薄片是石墨粉末經(jīng)化學(xué)氧化及剝離后的產(chǎn)物，氧化石墨烯是單一的原子層，可以隨時在橫向尺寸上擴展到數(shù)十微米，因此，其結(jié)構(gòu)跨越了一般化學(xué)和材料科學(xué)的典型尺度。氧化石墨烯可視為一種非傳統(tǒng)型態(tài)的軟性材料，具有聚合物、膠體、薄膜，以及兩性分子的特性。氧化石墨烯長久以來被視為親水性物質(zhì)，因為其在水中具有優(yōu)越的分散性，但是，相關(guān)實驗結(jié)果顯示，氧化石墨烯實際上具有兩親性，從石墨烯薄片邊緣到中央呈現(xiàn)親水至疏水的性質(zhì)分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性劑一般存在界面，并降低界面間的能量。
[0004]在空度0.0lPa?IOkPa下，將氧化石墨以5?50°C /min的升溫速率升溫到150?600°C進(jìn)行高真空熱處理，維持恒溫0.5?20h，氧化石墨體積迅速膨脹，得到比表面積200?800m2/g，電化學(xué)比容量50?200F/g的氧化石墨烯材料。一般而言，氧化石墨烯中由于含有-C_0H、-C-0-C，甚至-COOH等基團(tuán)，從而表現(xiàn)出較強的極性。干燥的氧化石墨烯在空氣中的穩(wěn)定性較差，很容易吸潮而形成水化氧化石墨烯。作為電極材料，氧化石墨烯具有放電容量和與電解液浸潤性好，但是氧化石墨烯也存在一些不足，如氟化氧化石墨導(dǎo)電率相對低，穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步提高，從而導(dǎo)致電池大電流性能差等不足。
[0005]以上這些方法使用的石墨烯，經(jīng)過簡單超聲分散，沒有加入其它物質(zhì)，并伴隨高溫加熱過程，材料會經(jīng)過溫度的急劇變化而最終形成復(fù)合材料。包覆方法有分散和包覆的均勻性不好的問題，且沒有考慮利用氧化石墨烯具有的更多官能團(tuán)對包覆的有效作用，不能有效分離氧化石墨烯片層，高溫加熱后溫度的急劇變化使石墨烯包覆過于緊密，反而影響鋰離子嵌脫效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種更加節(jié)能環(huán)保，不要求特殊工藝，且無物料損失，更易于工業(yè)生產(chǎn)，能改善鋰電池充放電性能的氧化石墨烯包覆鋰鹽的制備方法。
[0007]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明氧化石墨烯包覆鋰鹽的制備方法，包含以下操作步驟:
A、將重量百分比為3-20%的聚乙二醇加入N-甲基吡咯烷酮溶液中，攪拌使溶解，得溶液A ；
B、將鋰鹽加入溶液A中，攪拌使分散，得溶液B；
C、取重量百分比為0.5%-5%的氧化石墨烯的無水乙醇混懸液，與溶液B混合，懸浮液與溶液B的體積比為1:1-2.5，攪拌均勻，加熱至溫度為7(Tl00°C，保持該溫度揮干溶液，得到潮濕固體，潮濕固體經(jīng)常溫干燥后，即得。
[0008]所述的步驟A中，聚乙二醇溶解于N-甲基吡咯烷酮溶液的過程中，對溶液體系進(jìn)行加熱，溫度控制在3(T95°C，以促進(jìn)聚乙二醇的溶解，待完全溶解后停止加熱，冷卻至室溫。
[0009]所述步驟C氧化石墨烯懸浮液是這樣制備的:將氧化石墨烯加入無水乙醇中攪拌均勻，然后進(jìn)行超聲處理，即得。
[0010]本發(fā)明還提供了一種氧化石墨烯包覆鋰鹽復(fù)合材料，該材料是通過如權(quán)利要求1-3任何一項所述的制備方法制備而成的。
[0011]所述的氧化石墨烯包覆鋰鹽復(fù)合材料能夠作為鋰離子電池正極材料應(yīng)用于鋰電池制造中。
[0012]本發(fā)明所采用的包覆方法，創(chuàng)新性的引入了溶劑系統(tǒng)，使得氧化石墨烯包覆鋰鹽能夠無需高溫反應(yīng)，只通過溶劑中各成分的復(fù)合后，揮發(fā)掉溶劑，就能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合材料的生產(chǎn)制備。
[0013]本發(fā)明的方法中巧妙的運用了聚乙二醇作為原料之一，通過聚乙二醇幫助氧化石墨烯片層的分散，聚乙二醇通過與氧化石墨烯表面的官能團(tuán)結(jié)合，包覆在鋰鹽表面形成大顆粒，增大了顆粒的表面積，減小了與電解液的接觸面積，包覆后的鋰鹽顆粒的增大并沒有超過界限，仍然為微米級，具有微米級材料的優(yōu)異性能。
[0014]本發(fā)明包覆方法不需要高溫度的加熱，更為節(jié)能環(huán)保，且工藝簡單，無物料損失，分散性能更好，更易于工業(yè)生產(chǎn)。
[0015]本發(fā)明所制備的由鋰鹽/聚乙二醇/氧化石墨烯復(fù)合材料應(yīng)用于鋰電池后，能對其充放電性能有所改善。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1未經(jīng)包覆的LiMn204循環(huán)圖；
圖2實施例1-3三組實驗方案循環(huán)圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]實施例1
1、制備氧化石墨烯懸浮液:將重量百分比為0.5%的氧化石墨烯加入無水乙醇中攪拌均勻，然后進(jìn)行超聲處理；
2、將重量百分比為3%的聚乙二醇加入N-甲基吡咯烷酮溶液中，攪拌使溶解，得溶液
A ；
3、、將鋰鹽加入溶液A中，攪拌使分散，得溶液B;
4、取氧化石墨烯懸浮液加入溶液B中，懸浮液與溶液B的體積比為1:1.5，攪拌均勻，加熱至溫度為70°C，保持該溫度揮干溶液，得到潮濕固體，潮濕固體在常溫下進(jìn)行干燥。
[0019]實施例2
1、制備氧化石墨烯懸浮液:將重量百分比為5%的氧化石墨烯加入無水乙醇中攪拌均勻，然后進(jìn)行超聲處理；
2、將重量百分比為20%的聚乙二醇加入N-甲基吡咯烷酮溶液中，攪拌，攪拌過程中對溶液體系進(jìn)行加熱，溫度控制在30°C，聚乙二醇溶解，冷卻到室溫得到溶液A ;
3、、將鋰鹽加入溶液A中，攪拌使分散，得溶液B;
4、取氧化石墨烯懸浮液加入溶液B中，懸浮液與溶液B的體積比為1:2.5，攪拌均勻，加熱至溫度為100°C，保持該溫度揮干溶液，得到潮濕固體，潮濕固體在常溫下進(jìn)行干燥。
[0020]
實施例3
1、制備氧化石墨烯懸浮液:將重量百分比為3%的氧化石墨烯加入無水乙醇中攪拌均勻，然后進(jìn)行超聲處理；
2、將重量百分比為10%的聚乙二醇加入N-甲基吡咯烷酮溶液中，攪拌，攪拌過程中對溶液體系進(jìn)行加熱，溫度控制在70°C，聚乙二醇溶解，冷卻到室溫得到溶液A ;
3、、將鋰鹽加入溶液A中，攪拌使分散，得溶液B;
4、取氧化石墨烯懸浮液加入溶液B中，懸浮液與溶液B的體積比為1:1.8，攪拌均勻，加熱至溫度為90°C，保持該溫度揮干溶液，得到潮濕固體，潮濕固體在常溫下進(jìn)行干燥。
[0021]實施例4
1、制備氧化石墨烯懸浮液:將重量百分比為2%的氧化石墨烯加入無水乙醇中攪拌均勻，然后進(jìn)行超聲處理；
2、將重量百分比為15%的聚乙二醇加入N-甲基吡咯烷酮溶液中，攪拌，攪拌過程中對溶液體系進(jìn)行加熱，溫度控制在50°C，聚乙二醇溶解，冷卻到室溫得到溶液A ;
3、、將鋰鹽加入溶液A中，攪拌使分散，得溶液B；
4、取氧化石墨烯懸浮液加入溶液B中，懸浮液與溶液B的體積比為1:2.2，攪拌均勻，加熱至溫度為80°C，保持該溫度揮干溶液，得到潮濕固體，潮濕固體在常溫下進(jìn)行干燥。
[0022]實施例5
1、制備氧化石墨烯懸浮液:將重量百分比為1%的氧化石墨烯加入無水乙醇中攪拌均勻，然后進(jìn)行超聲處理；
2、將重量百分比為8%的聚乙二醇加入N-甲基吡咯烷酮溶液中，攪拌，攪拌過程中對溶液體系進(jìn)行加熱，溫度控制在80°C，聚乙二醇溶解，冷卻到室溫得到溶液A ;
3、、將鋰鹽加入溶液A中，攪拌使分散，得溶液B;
4、取氧化石墨烯懸浮液加入溶液B中，懸浮液與溶液B的體積比為1:2.1，攪拌均勻，加熱至溫度為75°C，保持該溫度揮干溶液，得到潮濕固體，潮濕固體在常溫下進(jìn)行干燥。[0023] 實施例6
取未包覆的LiMn204和包覆了本發(fā)明實施例1、2、3的LiMn204進(jìn)行鋰離子電池容量測試對比，測試儀器為新威BTS-3008W高精度電池測試儀，測試條件為:電壓范圍3—4.3V，電流范圍0.1C、0.5C、1C，，循環(huán)次數(shù)60次。結(jié)果見表1:
表1首次放電比容量及容量保持率
【權(quán)利要求】
1.一種氧化石墨烯包覆鋰鹽復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包含以下操作步驟: A、將重量百分比為3-20%的聚乙二醇加入N-甲基吡咯烷酮溶液中，攪拌使溶解，得溶液A B、將鋰鹽加入溶液A中，攪拌使分散，得溶液B； C、取重量百分比為0.5%-5%的氧化石墨烯的無水乙醇混懸液，與溶液B混合，懸浮液與溶液B的體積比為1:1-2.5，攪拌均勻，加熱至溫度為7(Tl00°C，保持該溫度揮干溶液，得到潮濕固體，潮濕固體經(jīng)常溫干燥后，即得。
2.根據(jù)權(quán)利要I所述氧化石墨烯包覆鋰鹽復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的步驟A中，聚乙二醇溶解于N-甲基吡咯烷酮溶液的過程中，對溶液體系進(jìn)行加熱，溫度控制在3(T95°C，以促進(jìn)聚乙二醇的溶解，待完全溶解后停止加熱，冷卻至室溫。
3.根據(jù)權(quán)利要I所述氧化石墨烯包覆鋰鹽復(fù)合材料的制備方法，其特征在于: 所述步驟C氧化石墨烯懸浮液是這樣制備的:將氧化石墨烯加入無水乙醇中攪拌均勻，然后進(jìn)行超聲處理，即得。
4.一種氧化石墨烯包覆鋰鹽復(fù)合材料，其特征在于:是通過如權(quán)利要求1-3任何一項所述的制備方法制備而成的。
5.如權(quán)利要求4所述的氧化石墨烯包覆鋰鹽復(fù)合材料作為鋰離子電池正極材料中的應(yīng)用。
【文檔編號】H01M4/36GK103715404SQ201310734034
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】梁興華, 劉于斯, 劉天驕, 華曉鳴, 史琳, 曾帥波, 葉超超, 宋清清, 劉浩, 劉大玉, 藍(lán)凌霄 申請人:廣西科技大學(xué)