[發(fā)明專利]聚合鋁-石墨烯包覆的摻雜三元材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910969375.1
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110690427B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設計）人: 童慶松;童君開;廖潔;何雨悅;翁景崢;鄭思寧
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/46
• 代理公司: 福州君誠知識產(chǎn)權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發(fā)明涉及聚合鋁?石墨烯包覆的摻雜三元材料的制備方法，其特征是所采用的技術方案由以下步驟組成：將聚乙烯吡咯烷酮、液態(tài)介質、石墨烯粉末和聚合鋁混合，得到聚合鋁?石墨烯溶液。進一步加入摻雜三元材料的溶液，通過加氨水、陳化、過濾、洗滌、真空干燥和程序升溫燒結，制得具有層狀α?NaFeO₂結構且包覆聚合鋁?石墨烯的摻雜三元正極材料。

技術領域

本發(fā)明屬于電池電極材料制備的技術領域,涉及一種可用于鋰電池、鋰離子電池、聚合物電池和超級電容器的摻雜三元材料的制備方法。

技術背景

三元材料（LiNi_xCo_yMn_zO₂）兼具LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂的優(yōu)點。在三元材料中，Ni為主要活性元素。一般來說，鎳的相對含量越高，三元材料的理論放電容量越高。共沉淀法是制備三元材料的主要方法。

具有較好熱穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性的三元材料是實現(xiàn)應用的前提。目前制備的三元材料還存在以下問題：循環(huán)性能差、與電解液的相容性不佳、安全性不佳，等。在較高工作溫度或大倍率電流下，三元材料的熱穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性會明顯下降。在低溫下，三元材料的電導率會明顯減小，阻抗增大。因此，目前三元材料已經(jīng)采用以下方法進行改性：摻雜、表面包覆和表面處理方法等。包覆可提升三元材料的電子電導率和離子傳導率，可顯著改善其循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。研究的包覆物包括金屬氧化物、金屬氟化物、鋰鹽、碳、聚合物等。

盡管通過改變合成方法，包覆以及摻雜改性等手段已經(jīng)對三元材料做了大量研究，但其放電容量仍然不夠高，循環(huán)性能仍然有待于改進。本發(fā)明認為，這是由于目前用于包覆三元材料的包覆劑多為小分子的化合物。將小分子化合物用于包覆三元材料時，要減小電解液對三元材料的影響，只能通過小分子化合物在三元材料顆粒的表面的堆砌來實現(xiàn)，阻擋電解液與三元材料的接觸，而且，包覆在三元材料顆粒的表面的小分子化合物容易發(fā)生脫落，因此，在三元材料顆粒表面堆砌的包覆材料必須達到一定的厚度，才能起到作用。不過，一旦在三元材料顆粒的表面堆砌足夠厚度的包覆材料，這些包覆材料可能對鋰離子在三元材料顆粒表面的嵌入/脫出造成障礙，對三元材料的大電流充放電起不利的影響作用。

如果能夠找到一種高分子的化合物對三元材料顆粒進行包覆的話，由于高分子的化合物的分子鏈較長能夠更好的包覆三元材料顆粒的表面，大大減小包覆的厚度，且分子鏈較長的高分子化合物能夠更好的包覆三元材料，不容易脫落。此外，高分子化合物分子間的空隙容易讓鋰離子通過，能夠起到即能包覆三元材料的顆粒，又不會阻擋鋰離子在三元材料顆粒的表面的嵌入和脫出的作用。