[發(fā)明專利]一種正極復(fù)合材料、包覆裝置、制備方法和用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110341936.0
• 申請(qǐng)日: 2021-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113089103B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王亞州;張樹(shù)濤;王壯;馬加力;白艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號(hào): C30B33/00
• 分類號(hào): C30B33/00;C01G53/00;C01B32/194;C01B32/162;C01B25/45;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)智匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發(fā)明提供了一種正極復(fù)合材料、包覆裝置、制備方法和用途，所述的制備方法包括：催化材料包覆的正極材料在碳源氣體氣氛下進(jìn)行加熱，所述碳源氣體在正極材料上生成碳納米管，再加入石墨烯包覆后制備得到所述的正極復(fù)合材料。通過(guò)在正極材料表面原位生成碳納米管，并利用石墨烯包覆，使正極復(fù)合材料具有高導(dǎo)電性和高倍率性能，本發(fā)明具有制備工藝簡(jiǎn)單、成本低和易于工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及正極復(fù)合材料，尤其涉及一種正極復(fù)合材料、包覆裝置、制備方法和用途。

背景技術(shù)

近年來(lái)，車企對(duì)電池企業(yè)的要求日益增高，迫切需要高比能量、長(zhǎng)壽命和低成本的正極材料及其電池。鋰離子電池以其工作電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)和污染小等優(yōu)勢(shì)被電池企業(yè)選中。

但目前正極材料仍存在循環(huán)、比能量、電壓和安全等問(wèn)題。例如，富鋰錳基材料、鎳鈷鋁和鎳鈷錳系列還存在著循環(huán)穩(wěn)定性，尤其是在高溫條件下存在循環(huán)穩(wěn)定性欠佳等缺陷，限制了該材料的使用壽命。這是因?yàn)殡姵刂械恼龢O材料會(huì)直接與電解液接觸發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)致正極材料表面結(jié)構(gòu)坍塌，阻礙鋰離子嵌脫性能。

為解決上述問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)采用碳或金屬氧化物(如Al₂O₃等)對(duì)正極材料進(jìn)行包覆，從而減少正極材料與電解液的直接接觸，減少副反應(yīng)的發(fā)生。包覆材料雖阻隔了正極材料與電解液的接觸，卻存在降低比容量、腐蝕材料表面和增大電阻等問(wèn)題。

CN104538620A公開(kāi)了一種氟化石墨烯包覆錳鈷鋰正極材料的制備方法，包括如下步驟：(1)制備活性物質(zhì)LiMn_1-x-yCo_xMg_yO₂；(2)制備氟化石墨烯聚合物；(3)包覆。該發(fā)明將超聲分散好的氟化石墨烯與活性物質(zhì)進(jìn)行攪拌，再離心熱處理得到包覆有石墨烯的產(chǎn)品，但是由于石墨烯比表面很大，極易團(tuán)堆疊、聚，簡(jiǎn)單攪拌和離心熱處理的過(guò)程無(wú)法使石墨烯均勻的覆蓋在正極材料的表面。

CN104393282A公開(kāi)了一種石墨烯包覆的多元正極材料的制備方法，該多元正極材料的活性材料包括內(nèi)層和外層，其中該活性材料的化學(xué)式為(1-a)LiNi_1-xCo_xO₂.aLiMn_0.3Al_0.7O₂，其中a＝0.3-0.35，x＝0.25-0.45，方法包括如下步驟：(1)制備活性材料，(2)制備石墨烯衍生物材料，(3)石墨烯衍生物包覆活性材料。通過(guò)行星球磨的方式混合石墨烯和正極材料，再通過(guò)750～800℃恒溫?zé)Y(jié)10～15h高純氮?dú)獾臒崽幚恚玫阶罱K包覆有石墨烯的產(chǎn)品。但是高純氮?dú)猸h(huán)境雖然避免了石墨烯的氧化問(wèn)題，但原本需要氧氣環(huán)境燒結(jié)合成的正極材料，在高純氮?dú)猸h(huán)境下750～800℃恒溫?zé)Y(jié)10～15h，將嚴(yán)重影響材料本身的性能。同時(shí)在高溫環(huán)境下，石墨烯會(huì)與氧化物性質(zhì)的正極材料發(fā)生反應(yīng)，影響成品性能。

CN105762345A公開(kāi)了復(fù)合正極材料、其制備方法及鋰離子電池，利用噴霧器將正極材料與石墨烯分散液的混合液噴入充滿保護(hù)氣體的垂直煅燒爐中進(jìn)行熱處理的方法制得。使用噴霧干燥的方法包覆會(huì)使石墨烯包覆許多正極材料顆粒，形成石墨烯包覆正極材料的二次顆粒，二次顆粒表面與石墨烯片接觸能夠改善表面一次顆粒的導(dǎo)電性，但二次顆粒內(nèi)部的一次顆粒并沒(méi)有導(dǎo)電劑與之相接觸，導(dǎo)致材料內(nèi)阻依然較大，影響電池性能。

現(xiàn)有正極材料均存在制備工藝復(fù)雜、成本高和穩(wěn)定性差等問(wèn)題，因此，如何在保證正極材料具有成本低和制備工藝簡(jiǎn)單的情況下，還能夠使正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，能夠提高電池循環(huán)性能，成為目前迫切需要解決等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種正極復(fù)合材料、包覆裝置、制備方法和用途，通過(guò)在正極材料表面原位生成碳納米管，并利用石墨烯包覆，使正極復(fù)合材料具有高導(dǎo)電性和高倍率性能，本發(fā)明具有制備工藝簡(jiǎn)單、成本低和易于工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。