[發(fā)明專利]一種三維立體網(wǎng)狀碳涂層三元正極材料的制備方法

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• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113921785A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田咪咪;方勝庭;田新勇;高彥賓
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西紅馬科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/50;H01M4/505;H01M4/52;H01M4/525;H01M4/62;H01M4/66;H01M4/70;H01M10/0525
• 代理公司: 北京慕達星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

本發(fā)明公開了一種三維立體網(wǎng)狀碳涂層三元正極材料的制備方法，涉及鋰電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：(1)導(dǎo)電碳涂層的制備；(2)三元正極材料的制備；(3)三維立體網(wǎng)狀碳涂層三元正極材料的制備。本發(fā)明提供的正極材料具有良好的導(dǎo)電性和循環(huán)性能，且緩解了膨脹材料因體積膨脹而易脫落的問題，保證了電極的完整性以及長久的循環(huán)性。同時本發(fā)明能夠有效抑制因氧化還原而生成雜相的問題。此外，本發(fā)明提供的制備方法操作簡單，利于工業(yè)化推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種三維立體網(wǎng)狀碳涂層三元正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著鋰電池的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，人們對鋰離子電池的性能要求也越來越高，不僅要求鋰電池具有較高的容量，而且要求在反復(fù)的充放電過程中具有較好的容量保持率，表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能，具有較長的使用壽命。

現(xiàn)有技術(shù)中，鋰離子電池的電極活性物質(zhì)在粘結(jié)劑作用下以薄層狀附著在作為集流體的金屬箔上，確保電極活性物質(zhì)在嵌鋰和脫嵌過程中產(chǎn)生的電子能及時匯集在電極上。但是電極活性物質(zhì)堆積較厚時，會造成電極活性物質(zhì)與集流體之間的溝通不暢，進而引起內(nèi)阻過高，降低電池儲能和循環(huán)性能。如果能將電池制成任意形狀，則可提升電池單元在空間的占比而減少電池管理系統(tǒng)的空間占比。

無粘結(jié)劑三維電極具有高導(dǎo)電性、結(jié)構(gòu)和化學(xué)穩(wěn)定性以及輕便性，此外，涂層可以很容易地沉積在它們上面。這些特性促進了這些活性材料作為無粘結(jié)劑LIB電極上的3D電流集流體的使用。

因此，如何提供一種性能穩(wěn)定的三元正極材料是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種操作簡單且能夠提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性能與倍率性能的三維立體網(wǎng)狀碳涂層三元正極材料的制備方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種三維立體網(wǎng)狀碳涂層三元正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)導(dǎo)電碳涂層的制備：將有機碳源加入水中攪拌剪切溶解后，得到有機碳源水溶液，然后將導(dǎo)電碳分散于所述有機碳源水溶液中，得到導(dǎo)電炭涂層分散液；

(2)三元正極材料的制備：將三元正極材料前驅(qū)體與鋰鹽混合均勻后，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)，冷卻至室溫后、經(jīng)粉碎、過150目篩后保留粒徑大于150目的產(chǎn)品，得到三元正極材料；

(3)三維立體網(wǎng)狀碳涂層三元正極材料的制備：將所述三元正極材料加入到導(dǎo)電炭涂層分散液中混合均勻，獲得混合物，將所述混合物進行真空冷凍干燥，即得到所述三維立體網(wǎng)狀碳涂層三元正極材料。

有益效果：本發(fā)明改變了傳統(tǒng)集流體是純導(dǎo)體的一般理念，利用聚合物制造空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)導(dǎo)電顆粒聚集形成空間導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，制備成三維集流體。在集流體的形貌控制上，利用了溶液或乳液中聚合物聚集形式的多變性，制造了不同形狀的三維空間。在集流體的形成上，則是利用導(dǎo)電顆粒吸附堆積成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。集流體的制備過程使得電極能以任意形狀出現(xiàn)。

優(yōu)選的，步驟(1)中所述有機碳源為羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、聚乙烯醇、聚丙烯酸中的一種或多種的混合；

所述有機碳源水溶液質(zhì)量濃度為0.1-2％。

優(yōu)選地，步驟(1)中所述有機碳源選擇羧甲基纖維素鈉和海藻酸鈉；

所述有機碳源溶液濃度為1-2wt％。

有益效果：羧甲基纖維素鈉和海藻酸鈉中的羧基官能團，使得導(dǎo)電劑與碳涂層之間的氫鍵作用更強，吸附更牢固，從而延長電池的使用壽命。

優(yōu)選的，步驟(1)中所述導(dǎo)電碳為石墨、乙炔黑、石墨烯、碳納米管和super-p中的一種或多種的混合。

優(yōu)選的，步驟(1)中所述導(dǎo)電碳選擇石墨和乙炔黑。