[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710392758.8
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107275597B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 毛方會;楊玉潔
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東燭光新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 11394 北京卓恒知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)
• 代理人: 陳益思

本發(fā)明屬于儲能研究領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池正極材料，所述鋰離子電池正極材料的顆粒直徑D1為1μm?200μm，所述鋰離子電池正極材料為二次顆粒結(jié)構(gòu)，所述二次顆粒由一次顆粒及電子傳導(dǎo)組分組成，所述一次顆粒粒徑為D2，D2≤0.5D1；所述電子傳導(dǎo)組分中包括石墨烯片層，所述一次顆粒與所述石墨烯片層均勻分散；所述石墨烯為多孔石墨烯；所述多孔石墨烯片層厚度h1≤100nm，孔直徑D3,兩孔之間連續(xù)部分的寬度為d1，d1≤0.5D1。即選擇多孔石墨烯便于離子自由穿梭于石墨烯兩個表面，且兩孔之間連續(xù)部分的寬度不超過二次顆粒結(jié)構(gòu)的半徑，使得二維石墨烯片層對離子擴(kuò)散具有較低的阻礙作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池以其快速充放電、低溫性能好、比能量大、自放電率小、體積小、重量輕等優(yōu)勢，自其誕生以來，便給儲能領(lǐng)域帶來了革命性的變化，被廣泛應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備和電動汽車中。然而隨著人們生活水平的提高，更高的用戶體驗對鋰離子電池提出了更高的要求：更長的待機(jī)時間、更加快速的充放電速度等；為了解決上述問題必須尋找新的性能更加優(yōu)異的電極材料。

目前商業(yè)化的鋰離子電池正極材料，基本均為半導(dǎo)體或絕緣體，材料顆粒本身的導(dǎo)電性能非常差，為了解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)主要有將材料顆粒納米化之后造球得到二次顆粒結(jié)構(gòu)、一次顆粒造球過程中加入具有優(yōu)良導(dǎo)電性能的導(dǎo)電材料等等，以提高正極材料整體顆粒的導(dǎo)電性能；同時采用包覆技術(shù)，對材料表面進(jìn)行包覆，從而增加材料表面的導(dǎo)電性能。

2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等采用機(jī)械剝離法首次制備得到石墨烯(Graphene)，由此拉開了該材料制備、運用研究的序幕。所謂石墨烯，是指碳原子之間呈六角環(huán)形排列的一種片狀體，通常由單層或多層石墨片層構(gòu)成，可在二維空間無限延伸，可以說是嚴(yán)格意義上的二維結(jié)構(gòu)材料。其具有比表面積大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)良、熱膨脹系數(shù)低等突出優(yōu)點：具體而言，高的比表面積(理論計算值：2630m²/g)；高導(dǎo)電性、載流子傳輸率(200000cm²/V·s)；高熱導(dǎo)率(5000W/mK)；高強(qiáng)度，高楊氏模量(1100GPa)，斷裂強(qiáng)度(125GPa)。因此其在儲能領(lǐng)域、熱傳導(dǎo)領(lǐng)域以及高強(qiáng)材料領(lǐng)域具有極大的運用前景。具體來說，由于石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，且本身的質(zhì)量極輕，是較為理想的、一次顆粒造球過程中加入的導(dǎo)電材料。然而由于石墨烯材料具有獨特的柔性二維平面結(jié)構(gòu)，其片層非常容易將納米化的一次顆粒包覆在其內(nèi)部，從而阻礙充放電過程中鋰離子與一次顆粒材料之間的嵌合，影響鋰離子電池正極材料容量、倍率等電化學(xué)性能的發(fā)揮。

有鑒于此，確有必要提出一種鋰離子電池正極材料及其制備方法，其既可發(fā)揮出石墨烯的最大優(yōu)勢，又能避免其對納米顆粒的包覆而造成的對離子傳輸?shù)淖璧K。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供的一種鋰離子電池正極材料，所述鋰離子電池正極材料的顆粒直徑D1為1μm-200μm，所述鋰離子電池正極材料為二次顆粒結(jié)構(gòu)，所述二次顆粒由一次顆粒及電子傳導(dǎo)組分組成，所述一次顆粒粒徑為D2，D2≤0.5D1；所述電子傳導(dǎo)組分中包括石墨烯片層，所述一次顆粒與所述石墨烯片層均勻分散；所述石墨烯為多孔石墨烯；所述多孔石墨烯片層厚度h1≤100nm，孔直徑D3，D3不超過顆粒直徑D1,兩孔之間連續(xù)部分的寬度為d1，d1≤0.5D1。即選擇多孔石墨烯便于離子自由穿梭于石墨烯兩個表面，且兩孔之間連續(xù)部分的寬度不超過二次顆粒結(jié)構(gòu)的半徑，使得二維石墨烯片層對離子擴(kuò)散具有較低的阻礙作用。本發(fā)明適用于儲能研究領(lǐng)域的、所有需要一次顆粒造球得到二次顆粒結(jié)構(gòu)的材料，具體包括鋰離子正極材料、鋰離子負(fù)極材料(如石墨、硅碳、鈦酸鋰、合金負(fù)極等等)以及其他電池電容器材料(如鋰空氣電池、燃料電池、鈉離子電池、鋅離子電池等等)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：