[發明專利]三元鋰離子電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810233720.0
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108550803A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 李青;趙菲菲;李赫然;王忠輝
• 申請（專利權）人: 北京旭碳新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/20
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙) 11348
• 代理人: 王偉鋒;劉鐵生

本發明是關于一種三元鋰離子電池正極材料及其制備方法，其制備方法包括：將石墨烯與有機溶劑混合，得到石墨烯漿料；將所述的石墨烯漿料與金屬化合物、有機溶劑混合球磨，加入三元材料，得到混合漿料；將所述的混合漿料抽濾或旋轉蒸發，干燥，得到混合粉末；將所述的混合粉末在惰性氣體氛圍中煅燒，得到三元鋰離子電池正極材料。本發明在三元材料表面均勻的附著一層金屬氧化物及石墨烯復合材料，形成核殼結構，增強材料結構在脫嵌鋰過程中的穩定性；同時，石墨烯附著在材料表面及材料顆粒的間隙，提高導電性。因此，本發明的三元鋰離子電池正極材料充電時間短、倍率性能及循環壽命優異，并且制備方法簡單易操作，尤其適用于動力電池領域。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池材料制備領域，特別是涉及一種三元鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著新能源電動汽車動力電池對高續航能力、快速充放電能力以及成本降低的迫切需求，三元電池成為人們關注的熱點，鎳鈷錳三元正極材料同時克服了磷酸鐵鋰容量過低、鈷酸鋰電池成本高、錳酸鋰電池結構穩定差等問題，成為市場主流正極材料。鎳鈷錳三元正極材料其化學式為LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂，材料的電化學性能與其中Ni、Co、Mn的含量密切相關，一般，Ni含量高，有助于提高材料的可逆嵌鋰容量,安全性能較低，并且，過多Ni²⁺的存在又會因為與Li⁺發生位錯現象而使材料的循環性能惡化；Co含量高，可以減少鋰層與過度金屬層的陽離子混合，有利于提高材料倍率性能，但由于Co的價格較高，從而增加了成本；Mn的含量高，能夠提高材料的結構穩定性，但同時會降低材料的容量。正是由于鎳鈷錳三元電池具有良好的循環性能、倍率性能以及相對較低的毒性和成本，被認為是最具替代磷酸鐵鋰電池潛力的電池。

鎳鈷錳三元材料尤其是高鎳材料也具有其性能上的缺陷性，一方面高鎳材料容量吸水，放置在空氣中容易與空氣中的H₂O、CO₂發生不可逆反應，增加了材料儲存難度及成本；另一方面，該材料首次充放電效率低，在后續的脫嵌鋰過程中容易與電解液發生反應，導致結構變化，循環性能及安全性能下降；另外，在高倍率下的電化學性能也有待提高。

發明內容

本發明的主要目的在于，提供一種新型的三元鋰離子電池正極材料及其制備方法，所要解決的技術問題是使其提高材料的穩定性和倍率性能，從而更加適于實用。

本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種三元鋰離子電池正極材料的制備方法，其包括：

將石墨烯與有機溶劑混合，得到石墨烯漿料；

將所述的石墨烯漿料與金屬化合物、有機溶劑混合球磨，加入三元材料，得到混合漿料；

將所述的混合漿料抽濾或旋轉蒸發，干燥，得到混合粉末；

將所述的混合粉末在惰性氣體氛圍中煅燒，得到三元鋰離子電池正極材料。

本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。

優選的，前述的三元鋰離子電池正極材料的制備方法，其中所述的有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮、乙醇、丙酮和四氫呋喃中的至少一種。

優選的，前述的三元鋰離子電池正極材料的制備方法，其中所述的金屬化合物為氫氧化鋁和/或氫氧化鎂。

優選的，前述的三元鋰離子電池正極材料的制備方法，其中所述的球磨的轉速為250r/min，球磨時間為20-240min。

優選的，前述的三元鋰離子電池正極材料的制備方法，其中所述的三元材料為LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂，其中0.5＜x＜1，0.5＜y＜1。