[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用復(fù)合正極材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711426613.1
• 申請(qǐng)日: 2017-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109461892A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張彬;鄭長(zhǎng)春;侯雪原;宋順林;張學(xué)全;劉亞飛;陳彥彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京當(dāng)升材料科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種鋰離子電池用復(fù)合正極材料及其制備方法，該材料為石墨烯改性的高鎳材料，組成為L(zhǎng)i_1+αNi_1?x?yCo_xM_yO₂?bG，其中，M為Ca、Zn、Fe、Mn、Al、Mg、Ti、Zr、B、Ba、Ce、Y中的一種或幾種，G為石墨烯，0≤α≤0.1，0.05≤x≤0.20，0.01≤y≤0.20，b≤0.1。本發(fā)明通過(guò)液相均勻包覆、負(fù)壓干燥和低溫富氧熱處理，降低材料表面LiOH、Li₂CO₃，將石墨烯牢固包覆在材料表面。該方法得到的復(fù)合正極材料表面殘余堿低，加工性能優(yōu)異，電子導(dǎo)電率高，倍率性能好，循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異，安全性高；制備方法連續(xù)可控，操作簡(jiǎn)單，成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池用復(fù)合正極材料及其制備方法，具體來(lái)講涉及一種石墨烯包覆改性鋰離子電池正極材料以及該復(fù)合正極材料的制備方法，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子電池是一種綠色可循環(huán)能源，具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、安全性高、自放電低、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于3C類電子設(shè)備、空間電源、便攜式電動(dòng)工具、武器裝備等領(lǐng)域；同時(shí)，鋰離子電池在儲(chǔ)能設(shè)備及電動(dòng)汽車、電動(dòng)大巴等領(lǐng)域也已大規(guī)模應(yīng)用。

近年來(lái)，隨著特斯拉電動(dòng)汽車的快速崛起及推廣，各種品牌的電動(dòng)汽車已開(kāi)始部分取代燃油車。我國(guó)十三五規(guī)劃提出車用鋰離子電池能量密度需達(dá)到300Wh/kg，日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家也相繼提出于2025-2030年停止生產(chǎn)燃油車等一系列舉措，鋰離子電池將迎來(lái)全面爆發(fā)式增長(zhǎng)。但是，隨著鋰離子電池的推廣，其安全性能及續(xù)航里程將成為廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)，如何提高鋰離子電池的能量密度，同時(shí)提高其安全性能和循環(huán)性能，成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

目前，已經(jīng)廣泛應(yīng)用并商業(yè)化的三元材料主要有氧化鎳鈷錳鋰（Ni:Co:Mn=3:3:3或5:2:3），其能量密度僅有200Wh/kg，不能滿足新能源汽車對(duì)高能量密度的要求。提高三元材料能量密度最直接有效的方法是提高材料中鎳元素的含量，即提高至60%以上，行業(yè)中通常將此類三元材料稱為高鎳系三元材料。高鎳系三元材料區(qū)別于其他三元材料的一個(gè)特點(diǎn)是其表面殘余堿較高，高殘余堿為電池加工帶來(lái)諸多問(wèn)題，比如：勻漿或涂覆過(guò)程中漿料凝膠化等；同時(shí)，高殘余堿會(huì)加速與電解液反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣體，造成電池鼓脹，進(jìn)而影響材料的安全及循環(huán)性能。除去高鎳系材料表面殘余堿常用的工藝流程是將一次焙燒料進(jìn)行水洗，降低表面殘余堿，將烘干后的材料進(jìn)行二次焙燒；對(duì)高鎳系材料進(jìn)行表面包覆同樣能夠降低材料表面的殘余堿。同時(shí)，包覆還能夠提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性能，包覆的主要元素有Ti、Mg、Al、Zr、P、B、W等元素，石墨烯作為導(dǎo)電性最好的包覆材料，由于其在高溫焙燒時(shí)極易氧化，一直沒(méi)有在三元材料中得到廣泛的應(yīng)用。專利CN103904330A等文獻(xiàn)采用在惰性氣氛中對(duì)三元材料進(jìn)行焙燒或熱處理，不利于三元材料尤其高鎳三元材料金屬離子的氧化；專利CN103311505A通過(guò)固相研磨將石墨烯包覆在三元材料表面，該方法一方面在研磨過(guò)程中石墨烯被外力破碎，導(dǎo)致包覆不均勻且比表面積大，另一方面沒(méi)有進(jìn)行熱處理，使三元材料尤其高鎳材料的晶體結(jié)構(gòu)不完善。

因此，為了降低高鎳系材料表面殘余堿高的問(wèn)題，同時(shí)提高其安全性能和循環(huán)性能，本專利提出一種復(fù)合正極材料的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種工藝流程簡(jiǎn)單、成本低廉的高鎳系鋰離子電池復(fù)合正極材料的制備方法，該方法能夠得到放電比容量高、表面殘余堿低、安全性能和循環(huán)性能好的高鎳系復(fù)合正極材料，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：