【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于正極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯復(fù)合的鈷酸鋰正極材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】

隨著便攜式電子設(shè)備的迅猛發(fā)展，能源市場對可再生的、能量高、壽命長的蓄電池需求量越來越大，而鋰離子電池作為其中電壓最高、能量密度最大的電池，具有良好的發(fā)展前景。

在鋰離子電池中，正極材料是其最為重要的組成部分，也是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵。鈷酸鋰、磷酸釩鋰和磷酸鐵鋰作為正極材料已經(jīng)得到大規(guī)模的應(yīng)用。其中鈷酸鋰(LiCoO₂)具有3.7V平均輸出電壓，高達140mAh/g的能量密度，并且具有循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性良好等優(yōu)點。這些優(yōu)點使得鈷酸鋰被認為是最具潛力的高壓電池正極材料，倍受產(chǎn)業(yè)的關(guān)注。

但隨著智能手機的迅猛發(fā)展，對手機電池性能的要求也越來越高，傳統(tǒng)LiCoO₂正極材料的能量密度已逐漸不能滿足需求，所以進一步提高LiCoO₂正極材料的能量密度是鈷酸鋰發(fā)展的迫切需求。隨著人們對鋰離子LiCoO₂正極材料的了解，人們發(fā)現(xiàn)其表面結(jié)構(gòu)對其電化學(xué)性能有著很大的影響，由于碳材料優(yōu)異的導(dǎo)電性、電化學(xué)穩(wěn)定性、物理屬性和廉價的成本，碳包覆成為鋰離子電池中應(yīng)用最廣泛的方法之一。碳包覆與納米技術(shù)相結(jié)合，可提供更好的導(dǎo)電性、更快的鋰離子擴散速度，從而得到更好的倍率性能。

近幾年來，石墨烯作為良好的導(dǎo)電材料也被用于包覆或摻雜鈷酸鋰，改善鈷酸鋰的電子導(dǎo)電性，不過這些鈷酸鋰和石墨烯的復(fù)合材料以及其制備方法也存在著鈷酸鋰和石墨烯分散不足，接觸不夠密切等問題。因此，鈷酸鋰和石墨烯的復(fù)合材料還需要進一步改進，使得兩者之間形成有效的充分分散和密切接觸，同時保證石墨烯還原比較充分，電子導(dǎo)電性更好。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種石墨烯復(fù)合的鈷酸鋰正極材料及其制備方法，以解決現(xiàn)有石墨烯復(fù)合的鈷酸鋰正極材料電池容量低、電池內(nèi)阻較大、電池導(dǎo)電能力不夠好、包覆松散易脫落等質(zhì)量缺陷問題。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種石墨烯復(fù)合的鈷酸鋰正極材料，包括以下原料：鈷酸鋰、水性丙烯酸聚氨酯、銅、石墨烯、氟基烷基聚醚、氯化聚乙烯、科琴黑、氯乙烯醋酸乙烯共聚物、亞乙基雙硬脂酰胺、丙烯酸酯類調(diào)節(jié)劑、銀粉、分散劑POLYRON；

所述銅、丙烯酸乙酯調(diào)節(jié)劑、石墨烯、水性丙烯酸聚氨酯、氟基烷基聚醚的重量比為(4-8):(1-1.5):(1-1.5):(2.5-4):(1.2-1.8)；

所述氯化聚乙烯、水性丙烯酸聚氨酯的重量比為(1-1.6):(2.5-4)；

所述科琴黑、氯乙烯醋酸乙烯共聚物、亞乙基雙硬脂酰胺、丙烯酸乙酯調(diào)節(jié)劑、分散劑POLYRON的重量比為(0.3-0.8):(1-3):(0.6-1.2):(1-1.5):(2-4)。

本發(fā)明還提供一種石墨烯復(fù)合的鈷酸鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、石墨烯改性：將石墨烯、水性丙烯酸聚氨酯在溫度為30-35℃條件下攪拌反應(yīng)20-30min，加入30-50份去離子水，溫度升至80-90℃攪拌15min后加入氟基烷基聚醚，并在超聲波功率為420-580W、溫度為105-135℃、轉(zhuǎn)速為160-310r/min條件下反應(yīng)35-45min，直至溶液中無顆粒存在，溶液呈淺黃色，靜置15-20min后除去沉淀物質(zhì)，制得石墨烯改性溶液；

S2、磨粉：將準備好的鈷酸鋰、銅、銀粉進行磨粉，混合金屬粉粒過500-800目篩，制得混合粉末；

S3、制備溶液：將步驟S2制得的混合粉末加入步驟S1制得的石墨烯改性溶液，在超聲波功率為420-580W、溫度為115-155℃、轉(zhuǎn)速為160-310r/min條件下反應(yīng)25-30min后，加入氯化聚乙烯、科琴黑、氯乙烯醋酸乙烯共聚物、亞乙基雙硬脂酰胺、丙烯酸酯類調(diào)節(jié)劑、分散劑POLYRON，繼續(xù)反應(yīng)15-20min，制得材料溶液；

S4、煅燒：將步驟S3制得的材料溶液裝入高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)，反應(yīng)完成后取出粘稠物放入溫度控制在710-800℃的烤爐中煅燒2-4.5h，制得石墨烯復(fù)合的鈷酸鋰正極材料粗制品；

S5、研磨：將步驟S4中制得的石墨烯復(fù)合的鈷酸鋰正極材料粗制品放在超聲波功率為550-610W的超聲波中振蕩1.5-2h，超聲結(jié)束后再使用研磨球研磨，制得石墨烯復(fù)合的鈷酸鋰正極材料。

優(yōu)選地，步驟S4中所述高壓反應(yīng)釜的反應(yīng)是在溫度為400-900℃的烤箱中反應(yīng)3.5-5h完成的。