[發(fā)明專利]五氧化二釩與rGO共包覆梯度三元正極材料及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010915171.2
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN111933914A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭學(xué)益;童匯;焦雯;李毅;毛高強;王旭;喻萬景;丁治英
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/194;C01G31/02;C01G53/00
• 代理公司: 長沙大勝專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43248
• 代理人: 陸僖

五氧化二釩與rGO共包覆梯度三元正極材料及制備方法，所述正極材料是由五氧化二釩和rGO內(nèi)外兩層包覆鎳鈷錳酸鋰形成的球形核殼結(jié)構(gòu)顆粒；所述鎳鈷錳酸鋰與五氧化二釩和rGO的質(zhì)量比為1:0.01～0.05:0.01～0.05；所述鎳鈷錳酸鋰的化學(xué)式為LiNi_xCo_yMn_(1?x?y)O₂，其中0.70≤x≤0.90，0.05≤y≤0.2，1?x?y＞0。本發(fā)明還公開了五氧化二釩與rGO共包覆梯度三元正極材料的制備方法。本發(fā)明正極材料鋰離子和電子導(dǎo)電率高，電化學(xué)性能好；本發(fā)明方法簡單可控，流程短，成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三元正極材料及制備方法，具體涉及一種五氧化二釩與rGO共包覆梯度三元正極材料及制備方法。

背景技術(shù)

高鎳三元材料由于其較高的理論比容量和較高的質(zhì)量比能量，是目前最具有吸引力的正極材料之一。但是，高鎳三元材料在其充放電循環(huán)過程中依舊存在循環(huán)穩(wěn)定性較差、倍率性能不足等問題，且材料表面容易受到HF腐蝕，影響材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時材料表面的Ni⁴⁺離子容易還原成巖鹽相NiO，極大的影響材料的導(dǎo)電性。研究人員對高鎳三元材料進(jìn)行改性實驗，尤其是表面包覆目前已經(jīng)被廣泛研究，但效果均欠佳。

CN109980204 A 公布了一種通過表面活性劑輔助水熱法制備五氧化二釩包覆的高性能的三元正極材料的方法，具體將偏釩酸銨在去離子水中溶解生成的五氧化二釩溶液與溶劑熱法制備的三元材料混合燒結(jié)而成。但是，1）采用水熱法制備三元材料前驅(qū)體不適用于廣泛使用；2）偏釩酸銨在溶液中溶解不能保證五氧化二釩完全轉(zhuǎn)換得到；3）三元前驅(qū)體配鋰與釩源共燒對三元材料的結(jié)構(gòu)會造成影響。因此，該方法僅適用于實驗過程，合成工藝較為復(fù)雜，有待進(jìn)一步改進(jìn)。

CN109546123 A 公開了一種五氧化二釩包覆核殼結(jié)構(gòu)梯度鎳鈷錳正極材料及制備方法，所述五氧化二釩包覆核殼結(jié)構(gòu)鎳鈷錳酸鋰材料的核殼結(jié)構(gòu)由于殼層材料的過渡金屬含量突變，在高溫處理的過程中，如果在核殼界面處發(fā)生金屬離子和電子擴散，就會形成阻礙擴散的障礙，極大的降低材料的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種在充放電過程中鋰離子和電子導(dǎo)電率高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、倍率性能以及長循環(huán)穩(wěn)定性好，充放電反應(yīng)高度可逆的五氧化二釩與rGO共包覆梯度三元正極材料。

本發(fā)明進(jìn)一步要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種簡單可控，工藝流程短，包覆效果好，成本低，適宜于工業(yè)化生產(chǎn)的五氧化二釩與rGO共包覆梯度三元正極材料的制備方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：五氧化二釩與rGO共包覆梯度三元正極材料，所述正極材料是由五氧化二釩和rGO內(nèi)外兩層包覆鎳鈷錳酸鋰形成的球形核殼結(jié)構(gòu)顆粒；所述鎳鈷錳酸鋰與五氧化二釩和rGO的質(zhì)量比為1:0.01～0.05:0.01～0.05；所述鎳鈷錳酸鋰的化學(xué)式為LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂，其中0.70≤x≤0.90（更優(yōu)選0.80≤x≤0.88），0.05≤y≤0.2（更優(yōu)選0.10≤y≤0.15），1-x-y＞0。離子導(dǎo)體五氧化二釩首先包覆在鎳鈷錳酸鋰三元材料表面，防止正極材料在充放電循環(huán)過程因電解液直接接觸發(fā)生副反應(yīng)，并增強離子導(dǎo)電性，提高循環(huán)穩(wěn)定性，然后再經(jīng)過電子導(dǎo)體層rGO的包覆，可以進(jìn)一步保護(hù)材料循環(huán)過程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并提高電子導(dǎo)電性，尤其在大倍率條件下可以表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。通過由外至內(nèi)電子導(dǎo)體保護(hù)層、離子導(dǎo)體保護(hù)層、梯度三元材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計，有利的保護(hù)了三元材料在循環(huán)過程的穩(wěn)定性，并能提升正極材料在循環(huán)過程的離子和電子導(dǎo)電性，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。

本發(fā)明中的rGO是還原氧化石墨烯的簡稱。