[發明專利]碳包覆三元材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711279633.0
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN108199013B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 陳巍;歐陽云鵬;李鯤;張耀
• 申請（專利權）人: 欣旺達電子股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市明日今典知識產權代理事務所(普通合伙) 44343
• 代理人: 王杰輝

本發明提出的一種碳包覆三元材料及其制備方法，以多次球磨的方式使三元材料與碳材料結合，形成碳包覆三元材料。本發明避免了低氧分壓氣氛下的熱處理過程，防止三元材料被部分還原，避免了由此造成的電化學性能破壞。由本發明制得的碳包覆三元材料，具有良好的電子導電性，碳包覆可避免正極材料與電解液直接接觸，減少過渡金屬離子溶出，減緩充電狀態下正極材料對電解液的氧化，減輕電解液中鋰鹽分解產生的氫氟酸等對正極的腐蝕，提高了正極材料的倍率性能、循環性能及高溫存儲性能。

技術領域

本發明涉及到鋰電池材料領域，特別是涉及到一種碳包覆三元材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子動力電池是新能源汽車的核心零部件，其性能的優劣直接關系到新能源汽車的順利推廣以及新能源汽車行業的未來。而廣闊的新能源汽車市場也能帶動鋰離子電池產業的蓬勃發展。

正極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，其性能對鋰離子電池性能至關重要。在各種正極材料中，三元正極材料憑借其較高的能量密度，成為新能源汽車(特別是乘用車型)車用鋰離子動力電池的首選正極材料，也成為現階段產業界的開發重點。

但是車用動力電池不僅需要擁有高的能量密度，其對電池的功率性能也很高的要求。這就要求電池使用的正極材料也具有優秀的倍率性能。在磷酸鐵鋰正極材料改性方面的研究顯示，碳包覆可以有效的提升磷酸鐵鋰正極材料的倍率性能，進而提升對應電池的功率性能。

但是，由于三元正極材料，特別是能量密度更高的高鎳三元材料，其合成過程需要有較高的氧分壓。這與碳包覆的制備過程所需要的惰性氣氛是相矛盾的。在高溫惰性氣氛下對三元材料進行熱處理時，三元材料可能會被還原，使材料表面結構遭到損壞，從而破壞材料性能。

現階段已有的研究人員提出的三元材料碳包覆方法，主要有三種技術路線，分別是：

1、有機碳源和三元材料前驅體復合，在惰性氣氛或空氣中燒結，如CN201310433513.7公開了一種碳包覆三元正極材料的制備方法及該碳包覆三元正極材料，采用將三元正極材料前驅體和鋰化合物加入到導電碳分散體系中，混合均勻，獲得混合物，再將混合物在真空條件下烘干后，在密閉條件下或者惰性氣體保護的氣氛中高溫處理，獲得碳包覆三元正極材料。CN201510280893.4公開了一種碳包覆三元正極材料的制備方法，往三元正極材料前驅體的懸濁液中加入丙烯酸鋰；再加入過硫酸銨進行聚合反應，干燥后進行燒結，得到碳包覆三元正極材料。CN201610884664.8公開了一種碳包覆三元正極材料的制備方法，使三元前驅體形成冠醚晶體后，在惰性氣體氛圍下受熱，然后再在較低溫度下與甲烷反應，形成碳包覆三元正極材料。

2、有機碳源與三元正極材料復合后，在惰性氣氛或空氣中燒結。如CN201510216711.7公開了一種碳包覆鎳鈷鋁三元正極材料的制備方法，將鎳鈷鋁三元正極材料、有機碳源、催化劑混合均勻，置于惰性氣氛下，于400～500℃下熱處理，后處理后得到所述碳包覆鎳鈷鋁三元正極材料。CN201610387492.3公開了一種碳包覆三元正極材料的制備方法，把前驅體濕法共沉淀包覆技術和高溫固相分段燒結技術相結合，同時使用添加助熔劑的方法降低材料的熔點，使前驅體和鋰鹽處在一個熔融的環境中，最后用蔗糖溶液處理，再經350-400℃的反應器處理，最后收集產物。CN201610978496.9提供了一種鎳鈷錳酸鋰三元材料的改性方法，在碳源氣體和保護性氣體的條件下，將鎳鈷錳酸鋰材料經過氣相沉積后，得到碳包覆的改性鎳鈷錳酸鋰材料。

3、制備多孔碳后，再將三元材料填充入碳空隙。如CN201710449385.3公開了一種碳包覆三元材料的制備方法，將三維花狀碳材料與鋰錳鋁鈷材料進行復合，復合條件為：在氮氣條件下，加熱至150-200℃，保溫20-24h，然后進行吹掃，去除未填充入孔道的鋰錳鋁鈷材料，得到碳包覆三元材料。