[發(fā)明專利]一種石墨烯包覆的鎳錳酸鋰正極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010832226.3
• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN111933928B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賽喜雅勒圖;顧慶文;王雪瑩;劉兆平
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 任美玲

本發(fā)明提供了一種石墨烯包覆的鎳錳酸鋰正極材料，包括核芯以及依次包覆于所述核芯表面的過渡金屬原子層以及石墨烯疊加層，所述核芯為鎳錳酸鋰正極材料。本發(fā)明提供的石墨烯包覆的鎳錳酸鋰正極材料的制備方法，工藝簡單可控、避免了其他雜質(zhì)元素的引入，可以大規(guī)模生產(chǎn)、生產(chǎn)成本較低，并且產(chǎn)物具有良好的循環(huán)性能和倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯包覆的鎳錳酸鋰正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

高電壓鎳錳酸鋰正極材料放電電壓為4.7V(vs.Li⁺/Li⁰)和放電比容量為147mAh/g，與現(xiàn)有商業(yè)化的鋰離子電池正極材料相比具有更高的功率密度，更加適用于動力鋰離子電池領(lǐng)域。但是，鎳錳酸鋰正極材料還存在一些問題：1)鎳錳酸鋰正極材料在生產(chǎn)過程中，表面會存在較多的殘堿，容易與電解液發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)致電池的循環(huán)性能下降；2)鎳錳酸鋰正極材料的電子導(dǎo)電性能較差，倍率性能還需提升。

如公開號CN102916175B的中國專利公開了鋰離子電池正極材料尖晶石錳酸鋰及其制備方法，所述的制備方法對燒結(jié)樣進(jìn)行水洗處理，以降低錳酸鋰雜質(zhì)含量，減少細(xì)粉、微粉。

如公開號CN108878819A的中國專利公開了一種表面低鋰離子含量的鋰離子電池正極材料及其制備方法。通過水洗和氧化物表面包覆改性來降低表面殘堿含量，控制材料表面游離鋰含量，同時能夠穩(wěn)定材料的晶體結(jié)構(gòu)，提高材料循環(huán)穩(wěn)定性及安全性。

如公開號CN106941173A中國專利公開了一種磺化石墨烯/鎳錳酸鋰復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。先制備鎳錳酸鋰正極材料，再與磺化石墨烯的水溶液混合、干燥得到磺化石墨烯均勻包覆的鎳錳酸鋰復(fù)合材料，大大提高了鎳錳酸鋰的比電容、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

如公開號CN103280569B的中國專利公開了一種類石墨烯包覆富鋰層狀鎳錳酸鋰及其制備方法和應(yīng)用。將液態(tài)丙烯腈低聚物溶液在80～300℃下攪拌8～72小時，形成微環(huán)化的LPAN溶液；將一定量的鋰離子電池正極材料層狀鎳錳酸鋰粉末加入到微環(huán)化的LPAN溶液中，混合均勻；攪拌后，在80℃下緩慢蒸發(fā)完全；在220℃下，充分交聯(lián)；最后在空氣氣氛下馬弗爐中750～950℃煅燒5～40小時，微環(huán)化的LPAN形成類石墨烯結(jié)構(gòu)，均勻分布在鋰離子電池正極層狀鎳錳酸鋰材料中，從而獲得類石墨烯包覆富鋰層狀鎳錳酸鋰的鋰離子電池正極材料。具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和優(yōu)異的電化學(xué)性能，又有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。

如公開號CN102263239B的中國專利公開了一種類石墨烯包覆摻雜錳酸鋰復(fù)合正極材料及其制備方法。先用二氧化錳和碳酸鋰為前軀體，經(jīng)球磨后得到錳酸鋰粉體；再將聚丙烯腈和乙醇加入錳酸鋰粉末中混合均勻后研磨，在惰性氣氛保護(hù)下煅燒得到石墨烯/錳酸鋰復(fù)合粉體；將粉體在空氣氛下熱處理得到類石墨烯包覆摻雜錳酸鋰的復(fù)合正極材料。可以降低由姜泰勒效應(yīng)導(dǎo)致錳酸鋰結(jié)構(gòu)的不可逆變化，防止錳酸鋰尖晶石結(jié)構(gòu)改變；降低錳酸鋰在電解液中的溶解和自放電效應(yīng)。

如公開號CN107689449A的中國專利公開了一種外延式碳納米管包覆的鋰離子正極材料及其制備方法，該正極材料由鋰離子正極材料本體和由在鋰離子正極材料表面的NiO催化誘導(dǎo)生成的外延式碳納米管組成。制備方法如下：將鋰離子正極材料和鎳浴按照比例混合后加熱攪拌，將鎳源還原成Ni單質(zhì)；將懸濁液中粉體離心分離后，在氧氣氣氛中熱處理氧化Ni單質(zhì)，再用氮氣氣吹掃去除殘余氧氣，再切換成CH₄或C₂H₂氣氛中保溫，得到外延式碳納米管包覆的鋰離子正極材料。

公開號CN108878819A中國專利、公開號CN102916175B中國專利所述用水洗的方法可以降低殘堿含量，但是這種方法消耗了大量的水資源，還產(chǎn)生了大量廢水，增加了生產(chǎn)成本、也不符合環(huán)保的要求。