[發明專利]一種氮摻雜碳包覆正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810592131.1
• 申請日: 2018-06-11
• 公開（公告）號: CN108682828B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 康飛宇;諶芳園;賀艷兵;何中林;王鵬;武洪彬;李寶華;程光春;林平
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院;湖北融通高科先進材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62
• 代理公司: 廣東德而賽律師事務所 44322
• 代理人: 葉秀進

本發明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種氮摻雜碳包覆鋰離子電池正極材料的制備方法，包括如下步驟：以三聚氰胺為氮源，有機酸為碳源，改性石墨烯為導電橋梁，將三聚氰胺、有機酸、改性石墨烯在溶劑中混合均勻，然后再加入正極材料，混合均勻，干燥；將混合好的干燥物料研磨過篩，然后將物料轉移至回轉爐中，通入惰性氣氛，加熱至100~500℃，三聚氰胺與有機酸、改性石墨烯反應后原位生成的功能結構組分包覆在正極材料表面；然后繼續升溫碳化得到具有核殼結構的氮摻雜碳包覆正極材料。相對于現有技術，本發明采用原位氮摻雜碳包覆正極材料，得到包覆均勻的的正極材料，該材料的導電性好，循環性能提升明顯，倍率性能好。而且該方法簡單，成本低，非常適合大規模生產運用。

技術領域

本發明屬于新能源鋰離子電池材料技術領域，主要涉及一種氮摻雜碳包覆正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于能量密度高，循環壽命長，環保等特點，從最初的3C類領域逐漸擴展到了電動汽車領域。而正極材料由于導電性和循環性差的原因，制約了其廣泛的運用前景。傳統的如CN104900869A公開了一種碳包覆鎳鈷鋁三元正極材料的制備方法，采用普通有機碳源包覆，導電性差。CN104466135A公開了一種導電聚合物包覆鎳鈷錳酸鋰正極材料的方法，是直接加入導電聚合物，然后進行煅燒，得到碳包覆層，但是，由于其工藝的技術缺陷，導致包覆層不均勻。

有鑒于此，本發明旨在提供一種氮摻雜碳包覆正極材料的制備方法，其采用原位氮摻雜碳包覆正極材料，從而得到包覆均一的氮摻雜碳包覆正極材料，該材料的導電性提高，循環性能提升明顯，倍率性能好。而且該方法簡單，成本低，非常適合大規模生產運用。

發明內容

本發明的目的在于：針對現有技術的不足，而提供一種氮摻雜碳包覆正極材料的制備方法，其采用原位氮摻雜碳包覆正極材料，從而得到包覆均一的氮摻雜碳包覆正極材料，該材料的導電性提高，循環性能提升明顯，倍率性能好。而且該方法簡單，成本低，非常適合大規模生產運用。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種氮摻雜碳包覆正極材料的制備方法，至少包括如下步驟：

步驟一，以用含氮量高的三聚氰胺為氮源，有機酸為碳源，改性石墨烯為導電橋梁，將三聚氰胺、有機酸、在溶劑中混合均勻，然后再加入正極材料，混合均勻，得到濕漿料，干燥；

步驟二，將步驟一中混合好的干燥物料研磨過篩，然后將物料轉移至回轉爐中，通入惰性氣氛，加熱至100～500℃，保溫0.1～5h，三聚氰胺的氨基分別和有機酸、改性石墨烯中的羧基反應，生成含C-N鍵，有機酸的羧基和改性石墨烯中的羥基生成酯類的功能結構組分，功能結構組分敷在正極材料表面。然后繼續升溫至500～1000℃，功能結構組分碳化0.5～24h，脫去功能結構中的氧和氫，冷卻后打散、過篩，得到的包覆均一的氮摻雜碳包覆正極材料。

作為本發明氮摻雜碳包覆正極材料的制備方法的一種改進，步驟二得到的氮摻雜碳包覆正極材料具有核殼結構，殼層為氮摻雜碳層，核層為正極材料，所述氮摻雜碳層是由三聚氰胺與有機酸、改性石墨烯反應后原位生成的功能結構組分碳化得到的。該殼層厚度在5nm～100nm，導電性好，功能結構組分均勻的包覆在正極材料表面。

作為本發明氮摻雜碳包覆正極材料的制備方法的一種改進，殼層的質量為核層質量的0.5～5％。

作為本發明氮摻雜碳包覆正極材料的制備方法的一種改進，步驟一所述的改性石墨烯為接枝有-OOH，-OH官能團的石墨烯，改性石墨烯能夠與有機酸和三聚氰胺反應。

作為本發明氮摻雜碳包覆正極材料的制備方法的一種改進，步驟一所述的有機酸為含-COOH的有機物，從而能夠和三聚氰胺和改性石墨烯加熱反應，生成功能結構組分。并且-COOH官能團的個數為1～5，碳原子數為2～20。優選的，有機酸為檸檬酸、硬脂酸、乙二酸中的至少一種。