[發明專利]一種制備碳包覆鎳鈷錳酸鋰正極材料的方法

在審

• 申請號: 201711422908.1
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108155360A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 黃惠;湯夢云;黃初濤
• 申請（專利權）人: 昆明高聚科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 昆明大百科專利事務所 53106
• 代理人: 李云

一種制備碳包覆鎳鈷錳酸鋰正極材料的方法，按質量比1:1～4:1稱取NixCoyMnz(OH)₂粉末和苯胺單體，將乳化劑溶解于去離子水中，加入Ni_xCo_yMn_z(OH)₂粉末材料攪拌，同時進行超聲波分散，得到溶液A；將苯胺單體加入到酸溶液中，攪拌得到溶液B；將溶液B加入到溶液A中，加酸調節溶液PH，再繼續磁力攪拌，得到溶液C；將氧化劑加入到酸溶液中攪拌，得到溶液D；將溶液D滴加到溶液C中攪拌，將得到的反應產物抽濾，并用去離子水和乙醇洗滌后進行真空干燥，得到聚苯胺包覆Ni_xCo_yMn_z(OH)₂的復合材料；將復合材料粉末與鋰源在行星式球磨機上進行機械球磨后在氧氣氣氛下焙燒，冷卻后即得到碳包覆LiNi_xCo_yMn_zO₂的復合正極材料C?LiNi_xCo_yMn_zO₂。本發明的復合正極材料用于制備鋰離子電池，具有較高的充放電比容量和循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及用碳包覆鎳鈷錳酸鋰正極材料的方法。

背景技術

目前，能源與環境問題日益顯著，各國研究者都將目光轉向了新的可替代能源上。作為新能源、新材料交叉的鋰離子電池材料新興產業，無疑成為了最具發展前景的產業之一。鋰電池由于具有工作電壓高、自放電小、高容量、循環壽命長、無記憶效應、對環境污染小及安全性高等優點，已經被廣泛的應用于手機、計算機、照相機等高檔電子產品中。鋰離子電池包括五個部分，分別是正、負極材料、電解液、隔膜和外殼，其中，正極材料是最關鍵的部分，決定著鋰離子電池的各項性能和使用壽命。目前鋰電池采用的正極材料主要是LiCoO₂，其理論放電比容量為274mA h g-1，實際容量僅為140～155mA h g^-1，實際容量僅為理論容量的50％左右，鈷的利用率低，抗過充電性能差，在較高充電電壓下比容量迅速降低。鎳鈷錳三元復合材料的問世，很大程度上改善了正極材料的放電比容量，可將放電比容量提高至180mA h g^-1，其生產成本低、熱穩定性和化學穩定性好，是目前最有希望替代LiCoO₂的新型正極材料。對于三元復合材料中的層狀鎳系鋰離子電池正極材料LiNi_xCo_yMn_zO₂來說，雖然擁有較多優點，但也存在不足之處，在電池的充放電過程中，到末期時，層狀鎳系正極材料中的Ni處于高氧化價態，具有很強的氧化性，會與電解液發生副反應，產生氣體、放出熱量，破壞電解液的功能，從而導致電池失效。因此，要對層狀鎳系正極材料采用適當的技術手段進行處理，減少上述不利影響。對鎳鈷錳三元正極材料進行表面包覆，能夠減小材料顆粒與電解液的接觸面，抑制材料表面副反應的發生，使LiNi_xCo_yMn_zO₂的界面具有更優的電化學性能和穩定性能，同時也可提高材料的表面導電率，進而提高材料的倍率性能，最終使LiNi_xCo_yMn_zO₂正極材料的電化學性能得到改善。

當前對LiNi_xCo_yMn_zO₂進行表面包覆改性，采用的包覆層主要有金屬氧化物(三氧化二鋁、二氧化鋯、二氧化鉻、二氧化鈦、氧化鎂、氧化鋅、氧化銅、五氧化二釩等)；金屬氟化物(三氟化鋁、氟化鋰、氟化鈣等)；磷酸鹽(磷酸鋁、磷酸鋰、磷酸鋅、磷酸鐵鋰、磷酸鐵鈷等)。上述表面包覆改性方法存在以下不足：1)包覆材料本身的電導率較差，包覆后，正極材料整體的導電性得不到較大提高；2)會提高材料整體的過電位，從而降低了比容量；3)包覆層厚薄不均勻。

發明內容