[發明專利]偶聯的碳納米管?石墨烯復合三維網絡結構包覆的三元材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201510399894.0
• 申請日: 2015-07-09
• 公開（公告）號: CN105070888B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 王文閣;宋春華;王瑛;喬文燦;趙成龍;馮濤;張智輝;趙艷麗
• 申請（專利權）人: 山東玉皇新能源科技有限公司;山東玉皇化工有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所37218
• 代理人: 張貴賓

（一）技術領域

本發明涉及電池材料技術領域，特別涉及一種偶聯的碳納米管-石墨烯復合三維網絡結構包覆的三元材料及其制備方法。

（二）背景技術

隨著科技的進步，電子產品、電動汽車、醫療設備和航天航空等領域對儲能設備的要求日益提高，能量密度高、體積小、循環壽命長的鋰離子電池得到了廣泛應用。在滿足安全、環保、成本、壽命等方面后，關鍵的性能指標是高能量密度和快速放電能力。例如，美、日等國對下一代鋰離子動力電池的能量密度要求達到300Wh/kg，是目前正在發展的LiFePO₄動力電池能量密度的2倍以上。因此提高鋰離子電池能量密度的途徑主要是：一、提高正極材料的比容量；二、提高正極材料的電極電勢從而提高電池的工作電壓。目前已經商業化的正極材料LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄，其實際比容量最高僅有145mAh/g，且存在成本高、安全性差、一致性差等缺點。而鎳鈷錳酸鋰復合材料容量高，實際比容量可達200mAh/g且具有成本較低、穩定性好、安全性高等優點，近幾年來，逐漸替代了部分鈷酸鋰。其中，Co能有效地減少陽離子混排，穩定材料的層狀結構，Ni可提高材料的容量，Mn不僅可以降低材料的成本，而且可以提高材料的安全性和穩定性。因此該材料展示了優異的循環性能，獲得了市場的認可。

鎳鈷錳酸鋰三元材料自2001年開始研究以來，以其穩定的比容量、較好的安全性和結構穩定性以及適中的成本，迅速被產業化，特別是當鈷價格較高時，其成本優勢更為明顯。目前三元材料主要應用于鋼殼或者鋁殼的圓柱形與方形鋰離子電池中。就應用來說，鎳鈷錳酸鋰三元材料大多應用于移動電源、功能型手機及電動自行車等對能量密度要求不高的領域。在智能手機和平板電腦等領域，目前主要是鈷酸鋰，主要是因為三元材料存在壓實密度低、易于氣脹等缺點，其在動力型鋰離子電池、高電壓體系鋰電池中的應用目前還處于研發階段。而未來五年鎳鈷錳酸鋰材料是研發和產業化的主流，也是最具有潛力成為下一代動力型鋰離子電池和電子產品用高能量密度小型鋰離子電池正極材料。而高密度化和高電壓化的鎳鈷錳酸鋰三元材料對環境及設備要求較低，制備加工難度較小，一致性和可靠性高，并且能達到高能量密度的目標。

經長期研究，該材料雖具有良好的電化學性能，但就實用性而言，仍有問題亟需解決。三元材料在首周脫鋰后，易引起失氧和相變，導致較大的首周不可逆損失。此外，該材料導電率低，大倍率性能不佳。且三元材料容易在鋰層中發生陽離子混排，在寬的放電電壓范圍內容易使有機電解液與電極材料發生強烈的副反應，增加電池在充放電過程中的阻抗，降低材料的電化學性能。