[發(fā)明專利]一種鋰漿料電池正極活性材料制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010594069.7
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111816874B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛兵;張?zhí)m;張鎖江
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/131;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明公開了一種新型鋰漿料電池正極活性材料制備方法。屬于漿料電池和能量轉(zhuǎn)換存儲技術(shù)領(lǐng)域。包括鎳鈷錳三元材料的制備、氮摻雜石墨烯制備和氮摻雜石墨烯包覆鎳鈷錳復(fù)合材料制備步驟。本發(fā)明提高了鋰漿料電池正極材料體系分散性、穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，提高了材料體系的容量和循環(huán)壽命，該工藝過程易操作、無污染、環(huán)境友好，是具有產(chǎn)業(yè)化前景的新技術(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰漿料電池正極活性材料制備方法，具體為本發(fā)明涉及一種采用離子液體作為反應(yīng)介質(zhì)采用離子熱合成制備氮摻雜石墨烯包覆鎳鈷錳三元材料復(fù)合材料電極的方法。

本發(fā)明屬于漿料儲能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及規(guī)模儲能電池電極活性材料氮摻雜石墨烯包覆鎳鈷錳復(fù)合材料制備方法。

背景技術(shù)

三元鎳鈷錳酸鋰正極材料具有高的理論容量，在鋰離子電池正極材料中得到大量開發(fā)，并取得了生產(chǎn)應(yīng)用。

鋰漿料電池是一種規(guī)模儲能技術(shù)，目前得到越來越多的關(guān)注，可為區(qū)域儲能、電網(wǎng)調(diào)峰和電動汽車動力領(lǐng)域提供良好的配套裝置。

以三元鎳鈷錳酸鋰為漿料電池正極活性物質(zhì)的研究非常具有意義，然而該漿料存在大量問題需要解決，其中關(guān)鍵之一是活性物質(zhì)在體系中的分散和長時間使用中的溶解問題。

本發(fā)明提出的制備方法提高了分散性，和防止溶解能力，為鋰漿料電池實際應(yīng)用提供了新途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在于提供一種特殊結(jié)構(gòu)石墨烯包覆三元鎳鈷錳酸鋰正極活性材料制備方法，并將復(fù)合正極材料作為漿料電池正電極應(yīng)用于儲能電池。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種采用離子液體作為反應(yīng)介質(zhì)通過離子熱反應(yīng)制備氮摻雜石墨烯包覆鎳鈷錳酸鋰電極活性材料的方法，所述制備方法包括如下步驟：

一種鋰漿料電池正極活性材料制備方法，其特征在于，包括：（I）鎳鈷錳三元材料的制備步驟：將鎳鈷錳鹽按照比例溶解于去離子水中；然后將混合液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜進行水熱反應(yīng)；待反應(yīng)完畢將產(chǎn)物進行洗滌烘干，獲得鎳鈷錳三元前驅(qū)體；再將前驅(qū)體與超量5%的鋰鹽均勻研磨混合；最后將混合物進行高溫焙燒，獲得鎳鈷錳三元材料；（II）氮摻雜石墨烯制備步驟：將氧化石墨烯與含有氨基的胺鹽在去離子水中均勻混合；將混合液加入到聚四氟乙烯反應(yīng)釜中水熱反應(yīng)；最后將產(chǎn)物洗滌干燥，獲得氮摻雜石墨烯結(jié)構(gòu)材料；（III）離子液體橋接的氮摻雜石墨烯包覆鎳鈷錳三元復(fù)合材料制備：將（I）制備的鎳鈷錳三元材料和（II）制備的氮摻雜石墨烯材料均勻分散于離子液體中；將分散液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中離子熱反應(yīng)；最后將產(chǎn)物洗滌干燥，獲得由離子液體橋接具有良好催化反應(yīng)活性的氮摻雜石墨烯包覆鎳鈷錳三元復(fù)合材料；步驟（I）中，所述鎳鈷錳鹽按照化學(xué)通式為LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂添加，其中，0≤x≤1，0≤y≤1；所述步驟（I）中三元材料前驅(qū)體的粒徑為50nm~5 μm；所述步驟（I）中前驅(qū)體焙燒溫度為400~1100^oC，焙燒時間為4~24小時，所得材料的粒徑為50 nm~5 μm；所述步驟（II）中的氮摻雜石墨烯片層尺寸為50 nm~10 μm；所述步驟（I-III）中的水熱和離子熱反應(yīng)溫度為120~220^oC，反應(yīng)時間為5~30小時。

步驟（I）中，所述鋰鹽為硫酸鋰、醋酸鋰、硝酸鋰、草酸鋰、碳酸鋰、氯化鋰、磷酸鋰和氫氧化鋰中的一種或幾種。

步驟（II）中，所述GO通過Brodie法、Staudenmaier法、Hummers法或改進的Hummers法制備。

步驟（II）中，所述含有氨基的胺鹽為乙醇胺、乙二胺、二乙胺、三乙胺、氨水、乙酰胺、尿素、一水合草酸銨和丙烯酰胺中的一種或幾種。