[發明專利]一種碳納米管/無定形碳雙層碳包覆三元正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010199168.5
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111490236A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 蔡金明;蕭文秋;梁惠明
• 申請（專利權）人: 廣東墨睿科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 東莞科強知識產權代理事務所(普通合伙) 44450
• 代理人: 李林學

本發明涉及鋰電池技術領域，一種碳納米管/無定形碳雙層碳包覆三元正極材料的制備方法，包括以下步驟：步驟1：將碳納米管與分散劑在溶劑中砂磨混合，形成均勻穩定的碳納米管分散液；步驟2：將所制得的分散液與三元材料粉體混合，形成納米管均勻包覆在三元材料上NCM混合液1；烘干制得碳納米管包覆三元材料粉體；步驟3：把有機碳源溶解在水中，形成有機溶液，再將制得的碳納米管包覆三元材料粉體與有機溶液混合，形成NCM混合液，烘干混合液，形成NCM混合物2的粉體材料；將NCM混合物2的粉體材料在惰性氣體中灼燒，形成雙層碳包覆的三元材料；雙層碳材料可以使三元材料擁有良好的導電性；三元材料免受電解液的影響，提高正極材料的安全性能。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，特別涉及一種碳納米管/無定形碳雙層碳包覆三元正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池是新一代綠色高能電池，具有電壓高、能量密度大、循環性能好、自放電小、無記憶效應、工作溫度范圍寬等眾多優點，廣泛應用于電話、筆記本電腦、電動工具等，在電動汽車中也具有良好的應用前景，被人們認為是21世紀具有重要意義的高能技術產品。

正極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，其性能對鋰離子電池性能至關重要，在各種正極材料中，三元正極材料憑借其較高的能量密度，環境友好等特點，成為動力電池的首選正極材料，也成為現階段產業界的開發重點；但是該材料也有缺陷，例如循環性能下降，倍率性能差，這也是限制三元材料迅速發展的原因。

針對以上問題，三元材料的表面改性可以解決一定的問題，一般的表面改性包括摻雜和表面包覆，其中，包覆手段可以減少材料在電池循環過程中的副反應，對材料進行保護，而且一些功能化的包覆材料還可以進一步提升材料的循環性能和倍率性能。

碳包覆是提高材料導電性的重要手段，低成本、環境友好等優點使得碳包覆逐漸成為正極材料改性的重要策略，例如，磷酸鐵鋰的各種碳包覆手段，目前在市場上已經得到廣泛的應用。

文獻中多以有機物蔗糖、葡萄糖和淀粉等為碳源，在惰性氣氛中加熱碳化；一方面，碳包覆可以作為正極材料的保護層，不僅能減少電荷傳遞阻抗，還可以抑制金屬離子的溶解；另一方面，碳包覆也可以提高材料的表面電子導電率，改善材料顆粒之間的電接觸，進而改善材料的電化學性能。

但是，普通的碳包覆對于性能的提升和改善是有限的，因為普通的碳包覆手段在碳化過程中，碳源會形成具有還原性的CO或者H₂等還原性氣體，對三元正極材料有一定的影響，其各種金屬的價態產生變化，使得晶格結構衰退。

因此，我們提供了一種雙層碳包覆三元正極材料的制備方法，雙層碳包覆層外層包覆的是無定形碳，內層包覆的是碳納米管；雙層碳包覆層使三元材料具有良好的導電性，因此，正極漿料可以不需要加入導電劑，此外，外層無定形碳可以作為保護層，保護三元材料免受電解液的影響；而內層碳納米管則可以克服現有的碳包覆方法中三元正極材料在高溫條件下易被碳化還原的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種雙層碳包覆三元正極材料的制備方法，雙層碳包覆層的外層是無定形碳，內層是碳納米管；雙層碳包覆層使三元材料具有良好的導電性，正極漿料可以不需要加入導電劑，同時，外層無定形碳可以保護三元材料免受電解液的影響，而內層碳納米管則可以克服現有的碳包覆方法中三元正極材料在高溫條件下易被碳化還原的問題。

本發明的技術方案是這樣的：

一種碳納米管/無定形碳雙層碳包覆三元正極材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：制備碳納米管分散液

將碳納米管與分散劑在溶劑N-甲基吡咯烷酮中砂磨混合4-6h，再高壓均質15min-30min，形成均勻穩定的碳納米管分散液；

步驟2：第一層（內層）碳包覆制備