[發(fā)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

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• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN109390579B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張保平;于偉
• 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)代理有限公司 44399
• 代理人: 彭益宏

本發(fā)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(jié)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(jīng)過篩分，批混，除磁后獲得成品。本發(fā)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(tǒng)鋁包覆的高鎳三元正極材料，納米碳包覆的物料導(dǎo)電性能更優(yōu)，材料的倍率性能更好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于儲能材料及電化學(xué)領(lǐng)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(shù)

作為現(xiàn)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(xiàn)了電子產(chǎn)品的小型化和便攜化，更在動力電池和儲能系統(tǒng)展現(xiàn)出廣闊的前景。電池的電化學(xué)性能主要取決于正極材料，目前量產(chǎn)的高鎳三元材料電池比能量已經(jīng)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(chǎn)。然而，高鎳三元材料在實際充放電和實際工業(yè)生產(chǎn)中也存在著諸多問題有待解決。該類材料中高價態(tài)的鎳離子易與電解液發(fā)生副反應(yīng)，尤其在高電壓下出現(xiàn)的+4價鎳離子與電解液的反應(yīng)明顯，這會導(dǎo)致正極材料的失效，從而導(dǎo)致循環(huán)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(shù)非常關(guān)鍵，其中碳包覆是研究和開發(fā)的熱點之一。開發(fā)和應(yīng)用簡便有效的碳包覆工藝是提升高鎳三元材料產(chǎn)品質(zhì)量的可行方式，且能夠直接增強企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭性和經(jīng)濟效益。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要決解的問題是克服現(xiàn)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(shù)改善高鎳三元正極材料的表面特性。

本發(fā)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(jié)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(jīng)過篩分，批混，除磁后獲得成品。

相應(yīng)的，本發(fā)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(jié)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(jīng)過篩分，批混，除磁后獲得成品。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，其優(yōu)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(yīng)，來提升材料的循環(huán)穩(wěn)定性；2）能夠消耗顆粒表面的殘留鋰以及堿性物質(zhì)，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(zhì)，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(tǒng)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對于緩解能源危機和減少環(huán)境污染具有重要的社會意義。

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