[發明專利]一種層狀富鋰錳基/石墨烯納米帶正極復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610718771.3
• 申請日: 2016-08-17
• 公開（公告）號: CN106711435B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 李新祿;粟澤龍;龍君君;趙奚譽;張艷艷;趙昱頡;王榮華
• 申請（專利權）人: 重慶錦添翼新能源科技有限公司;惠州市金龍羽電纜實業發展有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/583;H01M4/1391;H01M4/1393;H01M10/0525
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

一種層狀富鋰錳基/石墨烯納米帶正極復合材料的制備方法，屬于鋰離子電池技術領域。本發明采用化學共沉淀法制備得到一種層狀富鋰錳基正極材料，并進一步制備得到一種層狀富鋰錳基/石墨烯納米帶正極復合材料xLisubgt;2/subgt;MnOsubgt;3/subgt;·(1?x)LiNisubgt;0.65?y/subgt;Cosubgt;y/subgt;Mnsubgt;0.35/subgt;Osubgt;2/subgt;@GNRs(0＜x＜1，0≤y≤0.3)。其中，結晶度高、陽離子混排低的富鋰錳基顆粒和石墨烯納米帶相互纏繞成三維多孔網絡結構，石墨烯納米帶的包裹能夠保護富鋰錳基顆粒主體不受HF的侵蝕，有利于改善其高壓安全性和熱穩定性；三維多孔網絡結構能夠有效提高富鋰錳基正極材料的表面電導率，該結構有利于降低富鋰錳基正極材料在充放電過程中的電化學極化，顯著改善倍率性能和循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及鋰離子電池技術領域中一種正極材料，更具體的涉及一種層狀富鋰錳基/石墨烯納米帶正極復合材料的制備方法。

背景技術

在新能源行業，鋰離子電池因具有能量密度高、安全性好、成本低且環境友好等優點，在便攜電子設備、電動汽車和大型儲能等領域得到了研究者的廣泛關注。現階段，商品化的鋰離子電池正極材料主要有LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄等。其中，由于鈷為戰略稀缺資源，成本較高且具有毒性，使得LiCoO₂的進一步應用受到限制；而在循環過程中，由于LiMn₂O₄容易發生錳離子的溶解和晶型轉變，且具有Jahn-Teller效應，使用其作為正極的鋰離子電池容量衰減較快；LiFePO₄具有低成本、穩定性好且安全性高等特點，但該材料振實密度較小且電導率低，其應用領域依然具有很大的限制。

富鋰錳基固溶體正極材料較由于具有較高的可逆比容量(200～300mAh·g^-1)、較高的工作電壓(＞4.5V)、較好的循環穩定性、良好的熱穩定性和低成本等優點而成為了鋰離子電池正極材料的研究熱點。共沉淀法因具有產物粒度分布均勻、工藝過程簡單、易于控制等優點，成為目前制備富鋰錳基正極材料的主要方法之一。專利號為201210356523.0的發明專利“一種高振實密度球形富鋰錳基正極材料的合成方法”，采用碳酸鈉共沉淀制備得到高振實密度的富鋰錳基正極材料Li₂MnO₃·LiMnO₂。但是，富鋰錳基正極材料所具有的較低的電導率、離子遷移率等缺點，導致其具有較差的倍率性能；而且，在充放電過程中，電解液中生成的HF也會對正極材料的結構產生腐蝕作用，導致材料的結構穩定性降低，同時，由于該正極材料在充電至高壓時(≥4.5V)會脫出Li₂O，可能導致陽離子占據氧空位或Li位，進而降低其層狀結構的有序度，容易導致結構坍塌，使得正極材料在充放電過程中具有較低的循環性能。以上缺點也成為限制富鋰錳基正極材料進一步發展的主要因素。

準一維的石墨烯納米帶(GNRs)因具有較好的導電性、開放的片層、較大的比表面積以及一維柔性等特點，成為一種非常有潛力的新型碳納米導電劑材料。