[發明專利]一種還原氧化石墨烯改性鎳鈷錳三元正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202110583578.4
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113328075A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 宋懷河;趙東晨
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/198
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一種還原氧化石墨烯改性鎳鈷錳三元正極材料的制備方法，屬于鋰離子電池技術領域。該方法首先利用硅烷偶聯劑對高鎳三元正極材料(LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂)進行改性處理，使其表面帶正電荷。將上述改性后的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料與氧化石墨烯(GO)溶液進行簡單的溶液共混處理，實現靜電自組裝。然后通過熱處理還原得到還原氧化石墨烯(rGO)包覆高鎳三元正極材料(LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂)的結構。本發明中使用的熱處理還原后得到的還原氧化石墨烯具有高電子電導率，穩定的化學性質，且含有大量缺陷，可以使Li⁺穿過石墨烯的平面，并提供高容量和良好的可循環性。本發明通過這種包覆結構的設計，得到了具有較高容量和優異循環性能的正極材料。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種還原氧化石墨烯改性鎳鈷錳三元正極材料的制備方法。

背景技術

層狀鎳鈷錳酸鋰三元正極材料，其具有容量高和成本低的優勢，被認為是能夠應用于高能量鋰離子電池最有發展前景的正極材料之一。但其仍具有一些問題亟待解決：第一，Li⁺和Ni²⁺的陽離子混排效應，會導致高鎳三元材料的充電和放電效率變低；第二，活性物質的腐蝕和電解質的分解會嚴重影響電極/電解質界面的電荷轉移，從而影響鋰離子電池的穩定性；第三，充放電過程中隨著鋰離子的脫嵌，材料的結構不穩定從而引起坍塌和破壞。

為了克服這一系列問題，目前廣泛采用對三元材料進行元素摻雜、表面包覆、合成梯度結構等方法來穩定材料的結構，從而提高材料的穩定性能與高溫性能。其中表面包覆提供的保護層將材料中的活性物質與電解液隔離開，有效減少了電極/電解質界面處發生的副反應，減緩長期循環過程中電極材料結構的塌陷。同時還考慮到包覆層需具備良好的電子/離子電導率，從而促進電荷轉移，以達到兼顧降低界面反應與增加鋰離子傳輸途徑的效果，更好的提高三元材料的倍率及循環性能。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種還原氧化石墨烯包覆的三元正極材料，該材料具有良好的電子導電性和結構穩定性以及可有效地優化界面電化學反應環境，從而提高了三元鋰離子電池的倍率與循環性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種還原氧化石墨烯改性鎳鈷錳三元正極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟(1)將鎳鈷錳三元正極材料分散于溶劑中，滴加氨水溶液使得其PH呈堿性，隨后加入表面改性劑，得到表面改性后的鎳鈷錳三元正極材料。

步驟(2)將上述表面改性后的鎳鈷錳三元正極材料分散于少量溶劑中，隨后滴加入GO溶液，得到氧化石墨烯(GO)包覆鎳鈷錳三元正極材料。

步驟(3)將步驟(2)中氧化石墨烯包覆鎳鈷錳三元正極材料進行熱處理還原，得到還原氧化石墨烯(rGO)包覆鎳鈷錳三元正極材料。

按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中的鎳鈷錳三元正極材料化學式為Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂，其中x，y和z分別在0到1之間；優選地，所述三元材料為Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)O₂。

按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中的溶劑可為水、乙醇、甲苯等中的一種。

按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中的表面改性劑可為硅烷偶聯劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)中的一種；表面改性劑的加入量為原料分散液重量的1～2％。