本發(fā)明屬于電池電極材料，特別涉及一種錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、lmo(limn2o4)因?yàn)槠浔饶芰扛?、無毒、環(huán)境友好、充放電電流穩(wěn)定，在市場上得到了迅速推廣，其應(yīng)用的電子產(chǎn)品主要有便攜式移動設(shè)備、通訊、電動汽車、航空航天、電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)等。盡管lmo是作為鋰離子電池的理想正極材料，但是其在高溫循環(huán)和大電流充放電時，容量容易發(fā)生衰減，其主要原因是：1、在制備工程中，由于原料未能完全混合，在產(chǎn)物中易局部生成mn3o4的雜質(zhì)，導(dǎo)致產(chǎn)品純度不高；2、放電后期在高濃度mn3+的表面容易發(fā)生歧化反應(yīng)，生成的mn2+溶解于電解液中，導(dǎo)致可逆反應(yīng)無法正常進(jìn)行；3、放電后期泰勒效應(yīng)的發(fā)生導(dǎo)致錳酸鋰尖晶石結(jié)構(gòu)的破壞；4、錳酸鋰的導(dǎo)電率低，鋰離子脫嵌過程困難。

2、因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料及其制備方法與應(yīng)用，旨在解決錳酸鋰材料作為鋰離子電池正極材料，在高溫循環(huán)和大電流充放電時容量容易發(fā)生衰減的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料的制備方法，其中，包括步驟：

4、制備錳酸鋰納米片材料；

5、在液相過程中采用氨丙基三甲氧基硅烷對錳酸鋰納米片材料進(jìn)行表面改性，得到表面帶正電的aps-lmo材料；

6、將氧化石墨烯水溶液在持續(xù)攪拌的條件下，緩慢滴加到aps-lmo材料中，充分?jǐn)嚢韬?，帶正電的aps-lmo材料吸附在帶負(fù)電的氧化石墨烯表面，經(jīng)離心烘干后得到氧化石墨烯包覆的錳酸鋰，記為錳酸鋰/氧化石墨烯；

7、將制備的錳酸鋰/氧化石墨烯分散于尿素溶液中，接著在其中加入氧化石墨烯分散液，將混合均勻的分散液倒入反應(yīng)釜中進(jìn)行加熱處理，得到反應(yīng)產(chǎn)物；

8、將所述反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷凍干燥后再進(jìn)行燒結(jié)處理，制得錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料。

9、所述錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料的制備方法，其中，制備錳酸鋰納米片材料的步驟包括：

10、將制備的氧化石墨分散于乙二醇中，制得氧化石墨烯分散液；

11、將抗壞血酸與氫氧化鋰以及高錳酸鉀混合，得到混合溶液；

12、將混合溶液加入氧化石墨烯分散液中，經(jīng)攪拌后，通過靜電吸附作用使li+和mn3+吸附于帶負(fù)電的氧化石墨烯表面，將最終所得的混合液倒入的反應(yīng)釜中，經(jīng)溶劑熱處理后抽濾清洗出產(chǎn)物，放置于真空干燥箱中干燥，獲得錳酸鋰納米片材料。

13、所述錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料的制備方法，其中，所述溶劑熱處理的溫度為160-180℃，時間為8-10h。

14、所述錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料的制備方法，其中，將混合均勻的分散液倒入反應(yīng)釜中進(jìn)行加熱處理的步驟中，加熱處理的溫度為100-150℃，時間為2-4h。

15、所述錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料的制備方法，其中，將所述反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷凍干燥后再進(jìn)行燒結(jié)處理的步驟中，燒結(jié)處理是在5vol.％的h2/ar混合氣氛下進(jìn)行的，燒結(jié)處理的溫度為550-650℃，時間為1-3h。

16、一種錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料，其中，采用本發(fā)明任一所述錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料的制備方法制得。

17、一種錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料的應(yīng)用，其中，將本發(fā)明所述的錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料用于制備鋰電池正極片。

18、有益效果：本發(fā)明制備的錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料，一方面提高了錳酸鋰的導(dǎo)電性能，減小了錳酸鋰與電解液接觸的機(jī)會，使得可逆容量和循環(huán)性能有了明顯的改善；另一方面，合成物質(zhì)電荷轉(zhuǎn)移阻抗值降低，組裝的實(shí)驗(yàn)性電池庫倫效率增加，減小了電池的自放電率。本發(fā)明所制備的錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料用作鋰電池正極片，組裝好的電池經(jīng)過了充放電倍率測試，0.1c、0.2c、0.5c、1c的充放電比容量分別為155mah/g、150mah/g、80mah/g、60mah/g；1c倍率充放電循環(huán)穩(wěn)定，表明該電池的循環(huán)穩(wěn)定性較好。

技術(shù)特征：

1.一種錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，包括步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，制備錳酸鋰納米片材料的步驟包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，所述溶劑熱處理的溫度為160-180℃，時間為8-10h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，將混合均勻的分散液倒入反應(yīng)釜中進(jìn)行加熱處理的步驟中，加熱處理的溫度為100-150℃，時間為2-4h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，將所述反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷凍干燥后再進(jìn)行燒結(jié)處理的步驟中，燒結(jié)處理是在5vol.％的h2/ar混合氣氛下進(jìn)行的，燒結(jié)處理的溫度為550-650℃，時間為1-3h。

6.一種錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料，其特征在于，采用權(quán)利要求1-5任一所述錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料的制備方法制得。

7.一種錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料的應(yīng)用，其特征在于，將權(quán)利要求6所述的錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料用于制備鋰電池正極片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電池電極材料技術(shù)領(lǐng)域，且公開了一種錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料及其制備方法與應(yīng)用，制備方法包括步驟：對錳酸鋰納米片進(jìn)行表面改性使其表面附帶靜電，將氧化石墨烯水溶液滴加到錳酸鋰納米片溶液中，將混合液倒入反應(yīng)釜中進(jìn)行熱處理，最后經(jīng)過冷凍干燥和高溫?zé)Y(jié)處理。本發(fā)明通過靜電吸附?水熱自組裝結(jié)合的方式制得的鋰電池錳酸鋰/氮摻雜石墨烯氣凝膠三維復(fù)合正極材料，以氮摻雜石墨烯氣凝膠作為導(dǎo)電骨架，其一方面提高了錳酸鋰的導(dǎo)電性能，減小了錳酸鋰與電解液接觸的機(jī)會，使得可逆容量和循環(huán)性能有了明顯的改善；另一方面，合成物質(zhì)電荷轉(zhuǎn)移阻抗值降低，組裝的實(shí)驗(yàn)性電池庫倫效率增加，減小了電池的自放電率。

技術(shù)研發(fā)人員：張春華,白汝佳,楊丁卯,陳城發(fā),楊曉,秦志紅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東仕誠塑料機(jī)械有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2