本发明专利技术涉及制备石墨烯/HE‑NCM复合物的方法，其中多于一个式(1)xLi2MnO3·(1‑x)LiNiyCozMn1‑y‑zO2的HE‑NCM颗粒通过一个或多个石墨烯碎片彼此电接触，其中0<x<1，0<y<1，0<z<1，所述方法包括：a)通过超声处理将HE‑NCM颗粒分散在石墨烯氧化物的溶液中，以获得分散体；b)对所述分散体实施冻干，以获得石墨烯氧化物/HE‑NCM复合物；c)对所述石墨烯氧化物/HE‑NCM复合物实施热分解，以获得所述石墨烯/HE‑NCM复合物。本发明专利技术还涉及通过所述方法制备的用于锂离子电池的石墨烯/HE‑NCM复合物、包含所述石墨烯/HE‑NCM复合物的电极材料和锂离子电池。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于锂离子电池的石墨烯/HE-NCM复合物；以及制备所述石墨烯/HE-NCM复合物的方法、包含所述石墨烯/HE-NCM复合物的电极材料和锂离子电池。
技术介绍
富含Li的分层氧化物化合物HE-NCM(xLi2MnO3·(1-x)LiNiyCozMn1-y-zO2(0<x<1，0<y<1，0<z<1))由于相对于传统正极材料具有高放电容量和低成本，被认为是下一代正极材料中最有希望的选择。然而，仍然需要提高此类材料在高电流密度下的电化学性能。此外，由于此类材料的截止电压高，电极与目前常用的电解液的副反应是不可避免的。之前有人报道，通过简单机械混合电极材料和石墨烯(Gra)，有效地改善了倍率性能以及其他一些电化学性能。例如，Jiang等人通过简单机械混合石墨烯和HE-NCM正极材料，合成了石墨烯包裹的HE-NCM正极材料。在该混合的正极材料中，石墨烯薄片受益于其2D结构及突出的电子导电性，用作有效的电子导电性框架。借助石墨烯可以有效地减少质朴(未包裹)的HE-NCM的极化现象，改善了高倍率性能及循环性能。通过石墨烯/HE-NCM复合物改善的电化学性能是由于提高的电子导电性。因此，获得高的导电性是设计石墨烯/HE-NCM复合物的结构的关键。原则上，优良的设计具有以下特征：石墨烯均匀分布在HE-NCM颗粒中，HE-NCM颗粒与石墨烯薄片良好地接触，及最大限度使用石墨烯。此外，实现所设计的结构的方法也是一个挑战。一般而言存在有若干制备石墨烯/HE-NCM复合材料的方法。一种方法是简单机械混合质朴的粉末和石墨烯溶液。由于石墨烯与无机颗粒缺乏相互作用，该方法的产品无法很好地混合。其他方法是通过在苛性溶剂或特殊气氛中在相当高的温度下的溶剂热还原法，使用强还原剂(如肼和硼氢化钠)，还原石墨烯氧化物(GO)/无机复合材料。通过该方法，由于强还原介质，过渡金属倾向于被还原。此外，这两种方法难以大规模制备石墨烯/HE-NCM复合材料。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是在容易实现且成本低廉的方法中提供具有均匀分布的石墨烯的石墨烯/HE-NCM复合物。所述复合物是通过在短时间内在低温下石墨烯氧化物/HE-NCM的热分解制备的，其中既不使用特殊气氛也不采用高温。所有这些使得该方法适合于大规模制备HE-NCM复合材料。该目的是通过制备石墨烯/HE-NCM复合物的方法实现的，其中多于一个式(1)的HE-NCM颗粒通过一个或多个石墨烯碎片彼此电接触xLi2MnO3·(1-x)LiNiyCozMn1-y-zO2 (1)，其中0<x<1，0<y<1，0<z<1，所述方法包括：a)通过超声处理将HE-NCM颗粒分散在石墨烯氧化物的溶液中，以获得分散体；b)对所述分散体实施冻干，以获得石墨烯氧化物/HE-NCM复合物；c)对所述石墨烯氧化物/HE-NCM复合物实施热分解，以获得所述石墨烯/HE-NCM复合物。本专利技术的另一个目的是提供用于锂离子电池的石墨烯/HE-NCM复合物，其由于复合物具有提高的导电性而具有改善的电化学性能。该目的是由通过根据本专利技术的方法制备的石墨烯/HE-NCM复合物实现的。根据本专利技术的另一方面，提供包含根据本专利技术的石墨烯/HE-NCM复合物的电极材料。根据本专利技术的另一方面，提供包含根据本专利技术的石墨烯/HE-NCM复合物的锂离子电池。附图说明依据下面对本专利技术的实施方案的说明连同附图使本专利技术的上述及其他的特征和优点及其实现方式变得更加清晰，并且使本专利技术本身更容易理解，其中：图1所示为石墨烯/HE-NCM复合物的示意性草图；图2所示为实施例4的石墨烯/HE-NCM复合材料的TEM照片；图3所示为实施例4的石墨烯氧化物/HE-NCM复合物及实施例2的质朴的HE-NCM材料的红外谱图；图4所示为图3的在1100至1130cm-1范围内的峰的放大图；图5所示为实施例4的石墨烯/HE-NCM复合物及实施例2的质朴的HE-NCM材料的首次循环充/放电曲线；图6所示为实施例4的石墨烯/HE-NCM复合物及实施例2的质朴的HE-NCM材料的循环性能。具体实施方式本专利技术涉及制备石墨烯/HE-NCM复合物的方法，其中多于一个式(1)的HE-NCM颗粒通过一个或多个石墨烯碎片彼此电接触xLi2MnO3·(1-x)LiNiyCozMn1-y-zO2 (1)，其中0<x<1，0<y<1，0<z<1，所述方法包括：a)通过超声处理将HE-NCM颗粒分散在石墨烯氧化物的溶液中，以获得分散体；b)对所述分散体实施冻干，以获得石墨烯氧化物/HE-NCM复合物；c)对所述石墨烯氧化物/HE-NCM复合物实施热分解，以获得所述石墨烯/HE-NCM复合物。在一个根据本专利技术的方法的实施方案中，式(1)中的系数x可为由0.3至0.7；系数y可为由0.2至0.8；系数z可为由0.1至0.5。a)将HE-NCM分散在GO的溶液中GO薄片可以通过改进的Hummer法制备(D.C.Marcano,et al.,Improved Synthesis of Graphene Oxide,ACS Nano,2010,4,4806)。GO溶液的浓度没有特别的限制，因为所有的溶剂将在步骤b)中被去除。优选可以通过超声处理将HE-NCM颗粒分散在溶液中，优选石墨烯氧化物的水溶液。GO溶液的溶剂没有特别的限制。也可以使用GO可溶于其中并且对于反应物呈惰性并且容易在步骤b)中去除的任何其他的溶剂。分散方法没有特别的限制。也可以采用任何其他的分散方法，例如高速机械混合。在一个根据本专利技术的方法的实施方案中，基于HE-NCM颗粒，使用1至20重量％，优选1至10重量％的石墨烯氧化物。b)对分散体实施干燥在一个根据本专利技术的方法的实施方案中，可以通过冻干对分散体实施干燥。本专利技术的专利技术人相信，冻干有利于进一步剥离石墨烯氧化物。由于HE-NCM颗粒与GO中的诸如–OH、–COOH、–O–的含氧基团之间的相互作用，在冻干之后可以获得均匀混合的GO/HE-NCM复合物。如图3和4所示，HE-NCM颗粒中的化学键的峰发生蓝移，清楚地表明在GO中的含氧基团与HE-NCM颗粒中的化学键之间存在相当大的相互作用。c)GO/HE-NCM复合物的热分解在一个根据本专利技术的方法的实施方案中，c)热分解的温度可以在300至350℃的范围内。在一个根据本专利技术的方法的实施方案中，c)热分解的持续时间可以在5分钟至3小时、优选10分钟至2小时、更优选30分钟至1小时的范围内。c)热分解的气氛没有特别的限制。在一个根据本专利技术的方法的实施方案中，c)热分解可以在环境气氛中实施。在一个根据本专利技术的方法的实施方案中，c)热分解可以在诸如N2或Ar的惰性气氛中实施，或者在诸如H2的还原气氛中实施，或者在它们的组合中实施，如H2/Ar。在一个根据本专利技术的方法的实施方案中，可以使用任意颗粒形状的HE-NCM颗粒，例如球形、薄片状或不规则的颗粒。此外，富含锂的分层氧化物颗粒可以是初级颗粒或二次颗粒的形式。富含锂的分层氧化物颗粒的尺寸可以是现有技术中任何常本文档来自技高网...
【技术保护点】
制备石墨烯/HE‑NCM复合物的方法，其中多于一个式(1)的HE‑NCM颗粒通过一个或多个石墨烯碎片彼此电接触xLi2MnO3·(1‑x)LiNiyCozMn1‑y‑zO2 (1)，其中0<x<1，0<y<1，0<z<1，所述方法包括：a)通过超声处理将HE‑NCM颗粒分散在石墨烯氧化物的溶液中，以获得分散体；b)对所述分散体实施冻干，以获得石墨烯氧化物/HE‑NCM复合物；c)对所述石墨烯氧化物/HE‑NCM复合物实施热分解，以获得所述石墨烯/HE‑NCM复合物。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.制备石墨烯/HE-NCM复合物的方法，其中多于一个式(1)的HE-NCM颗粒通过一个或多个石墨烯碎片彼此电接触xLi2MnO3·(1-x)LiNiyCozMn1-y-zO2 (1)，其中0<x<1，0<y<1，0<z<1，所述方法包括：a)通过超声处理将HE-NCM颗粒分散在石墨烯氧化物的溶液中，以获得分散体；b)对所述分散体实施冻干，以获得石墨烯氧化物/HE-NCM复合物；c)对所述石墨烯氧化物/HE-NCM复合物实施热分解，以获得所述石墨烯/HE-NCM复合物。2.根据权利要求1的方法，其中x为由0.3至0.7。3.根据权利要求1或2的方法，其中y为由0.2至0.8。4.根据权利要求1至3之一的方法，其中z为由0.1至0.5。5.根据权利要求1至4之一的方法，其中基于HE-NCM颗粒，使用1至20重量％、优选1至10重量％的石墨烯氧化物。6.根据权利要求1至5之一的方法，其中c)热分解的温度在300至350℃的范围内。7.根据权利要求1至6之一的方法，其中c)热分解在环境气氛中实施。8.根据权利要求1至6之一的方法，其中c)热...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏永姚，侯梦炎，刘金龙，陈龙，郭少帅，蒋蓉蓉，李传玲，周龙捷，王蕾，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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