[發明專利]一種干法和濕法碳包覆高鎳三元正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810692717.5
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN109390579B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 張保平;于偉
• 申請（專利權）人: 福建金山鋰科新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62
• 代理公司: 深圳市漢唐知識產權代理有限公司 44399
• 代理人: 彭益宏

本發明提供一種干法和濕法碳包覆高鎳三元正極材料的制備方法，包括以下步驟：步驟（1）：將燒結后的高鎳三元正極材料粉碎，分級；步驟（2）：將包覆劑納米碳分散在水溶劑中；步驟（3）：將三元正極材料和納米碳包覆劑混合，充分攪拌；步驟（4）:真空加熱混合漿料，將所含水分蒸干；步驟（5）:將混合干燥后的物料采用高速融合機進行融合處理，然后經過篩分，批混，除磁后獲得成品。本發明采用濕法包覆工藝制備碳包覆高鎳三元正極材料，相比傳統鋁包覆的高鎳三元正極材料，納米碳包覆的物料導電性能更優，材料的倍率性能更好。

技術領域

本發明屬于儲能材料及電化學領域，涉及一種干法和濕法碳包覆高鎳三元正極材料的制備方法。

背景技術

作為現代社會重要的儲能工具，高能量密度的鋰離子電池不僅僅實現了電子產品的小型化和便攜化，更在動力電池和儲能系統展現出廣闊的前景。電池的電化學性能主要取決于正極材料，目前量產的高鎳三元材料電池比能量已經達到220Wh/kg，比能量接近300Wh/kg的高鎳三元正極材料電池也即將量產。然而，高鎳三元材料在實際充放電和實際工業生產中也存在著諸多問題有待解決。該類材料中高價態的鎳離子易與電解液發生副反應，尤其在高電壓下出現的+4價鎳離子與電解液的反應明顯，這會導致正極材料的失效，從而導致循環性能和容量的快速衰減。針對高鎳三元材料的上述問題，高鎳三元材料的包覆改性技術非常關鍵，其中碳包覆是研究和開發的熱點之一。開發和應用簡便有效的碳包覆工藝是提升高鎳三元材料產品質量的可行方式，且能夠直接增強企業產品的市場競爭性和經濟效益。

發明內容

本發明要決解的問題是克服現有高鎳三元材料在使用過程中存在的缺點，采用納米碳包覆技術改善高鎳三元正極材料的表面特性。

本發明提供了一種濕法碳包覆高鎳三元正極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟（1）：將燒結后的高鎳三元正極材料粉碎，分級；

步驟（2）：將包覆劑納米碳分散在水性溶劑中；

步驟（3）：將三元正極材料和納米碳包覆劑混合，充分攪拌；

步驟（4）:真空加熱混合漿料，將所含水分蒸干；

步驟（5）:將混合干燥后的物料采用高速融合機進行融合處理，然后經過篩分，批混，除磁后獲得成品。

相應的，本發明還提供一種干法碳包覆高鎳三元正極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟A：將燒結后的高鎳三元正極材料粉碎，分級；

步驟B：將三元正極材料和納米碳包覆劑混合，充分攪拌；

步驟C:將混合干燥后的物料采用高速融合機進行融合處理，然后經過篩分，批混，除磁后獲得成品。

本發明采用以上技術方案，其優點在于：1）可以隔絕電極材料與電解液直接接觸，緩解Ni離子與電解液的副反應，來提升材料的循環穩定性；2）能夠消耗顆粒表面的殘留鋰以及堿性物質，這主要得益于處理過程的作用，以及Li元素能夠嵌入到表面碳層中，從而能夠提高首次庫倫效率，降低表面pH值而有利于材料的存儲與運輸；3）包覆碳層本身能夠利于Li離子的脫嵌，能夠改善高鎳三元材料的表面性質，有利于提高材料的倍率性能。該方法能夠推動高鎳三元材料在新能源汽車、電動工具以及大型儲能系統領域的廣泛應用，對于緩解能源危機和減少環境污染具有重要的社會意義。

優選的，所述步驟（1）和步驟A中，高鎳三元正極材料為NCM811或者NCA等鎳含量大于等于47 wt.%的鎳鈷錳酸鋰三元正極材料。

優選的，所述步驟（2）中所用納米碳是粒徑D50在5-30nm的納米導電炭黑和氧化石墨烯，其中氧化石墨烯占納米導電碳黑總量的3-10%，石墨烯相比納米碳而言具有更高的導電性能，3%的石墨烯既可以形成更好的導電網絡，提高納米碳黑的導電性能，但是石墨烯的含量不易過多，否則導致包覆成本上升。