[發明專利]一種鈰摻雜的鎳鈷鋁酸鋰/石墨烯復合正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810785368.1
• 申請日: 2018-07-17
• 公開（公告）號: CN108933261A
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 楊書廷;王科;蘆磊;尚嘯坤
• 申請（專利權）人: 河南電池研究院有限公司;河南師范大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/36;H01M4/485;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發明公開了一種鈰摻雜的鎳鈷鋁酸鋰/石墨烯復合正極材料的制備方法，屬于鋰離子二次電池正極材料的制備技術領域。本發明的技術方案要點為：一種鈰摻雜的鎳鈷鋁酸鋰/石墨烯復合正極材料的制備方法，包括鈰摻雜的鎳鈷鋁酸鋰正極材料的合成、碳基體?石墨烯材料的合成及目標產品鈰摻雜的鎳鈷鋁酸鋰/石墨烯復合正極材料的合成等步驟。本發明通過鈰摻雜有效抑制正極材料與電解液之間的副反應，進而提高鋰離子電池的循環穩定性；通過碳基體?石墨烯包覆能夠提高正極材料的電子電導率和離子傳輸率，進而提高鋰離子電池的倍率性能。

技術領域

本發明屬于能源與新材料技術領域，涉及一種鋰離子二次電池正極材料的制備方法，具體涉及一種鈰摻雜的鎳鈷鋁酸鋰/石墨烯復合正極材料的制備方法。

背景技術

能源是人類社會發展的動力所在，實現能源的可持續發展是人類21世紀面臨的嚴峻挑戰。隨著傳統化石燃料帶來的溫室效應、環境污染等問題的加劇，開發清潔可再生能源越來越多地受到人們的關注。因此，各種新能源，如太陽能、風能、地熱、核能、生物質能、海洋能等，因有可能解決資源短缺與環境污染問題而受到世界各國的支持與推動。而二次電池是化學能和電能之間轉換的重要器件，也是合理有效地利用和儲存這些新能源的重要媒介。

鋰電池作為未來發展的主流動力電池，具有傳統電池不具有的諸多優勢及較大的技術提升和成本下降空間。由于成本或容量等方面的原因，傳統的鋰離子電池正極材料(鈷系正極材料和錳系正極材料)難以作為大功率動力電池的正極材料，因此開發成本低、容量高的新型正極材料是當今國際的發展趨勢，而三元材料鎳鈷鋁酸鋰(NCA)作為鋰電池正極材料的研究熱點之一，具有容量高、熱穩定性好、價格相對低廉及毒性較低等優點，但是高鎳正極材料在燒結過程中Li⁺與Ni²⁺容易產生陽離子混排，導致正極材料首次不可逆容量增加及循環性能衰退。另外高鎳正極材料表面的活性氧陰離子容易與空氣中的CO₂和H₂O發生反應生成碳酸根，同時Li⁺從本體遷移到表面并在材料表面生成LiOH和Li₂CO₃，對正極材料的加工性能以及高溫貯存性能產生嚴重的影響。正極材料NCA在寬的電壓范圍內會與電解液發生強烈的副反應，增加電池在充放電過程中的阻抗，降低材料的電化學性能。由于本身性質的原因，它仍然存在循環穩定性差的缺陷，這在很大程度上也限制了其進一步發展。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種工藝簡單且成本低廉的鈰摻雜的鎳鈷鋁酸鋰/石墨烯復合正極材料的制備方法，該方法制得的雙修飾鋰離子電池復合正極材料具有較高的倍率性能和循環穩定性。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種鈰摻雜的鎳鈷鋁酸鋰/石墨烯復合正極材料的制備方法，其特征在于具體步驟為：

步驟S1：將2～3重量份的鎳鈷氫氧化物前驅體Ni_0.84Co_0.16(OH)₂、0.5～2重量份的LiOH·H₂O、0.03～0.04重量份的Al₂O₃和0.1～0.4重量份的Ce(NO₃)₃·6H₂O球磨1～3h得到均勻混合物料，再將混合物料轉移至管式爐中，在氧氣氣氛下以1～2℃/min的升溫速率升溫至500～600℃預處理3～5h，再升溫至700～800℃燒結6～8h得到鈰摻雜的鎳鈷鋁酸鋰正極材料；