[发明专利]锂离子电池的高导电性正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料的制备方法，尤其是锂离子电池的高导电性正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子二次电池是1990年由日本索尼公司(SONY)率先成功推出的新型绿色高能可充电电池，具有电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽、无污染等众多优点，广泛应用于移动电话、便携式电动工具、笔记本电脑、武器装备等。

正极材料是锂离子电池的一个重要组成部分。常用的正极材料有钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、镍酸锂(LiNiO₂)，以及这三种材料的衍生材料三元复合氧化物镍钴锰酸锂(LiNi₁/3Co₁/3Mn₁/3O₂)等。这些常用的正极材料各具优缺点。层状钴酸锂是目前应用最多的一种正极材料，但其原料价格昂贵、有毒、安全性能差。尖晶石锰酸锂虽然价格便宜、环保、可大电流充放电，但其在充放电过程中因其结构容易发生转变，导致循环性能较差，尤其是工作在高温(55℃)时，循环容量急剧下降，除此之外，它在电解液中有一定的溶解性，使得电池的储存性能差。层状镍酸锂尽管具有原料易得、对环境污染小等优点，但因其循环性能差、高温稳定性差、安全性能差、合成工艺条件苛刻、易发生副反应、反应生成的产物影响电池的容量和循环性能等原因限制了它的应用。三元复合氧化物镍钴锰酸锂材料集中了钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等材料的各自优点，成本比钴酸锂大大降低，电压平台高、可逆容量大(160～190mAh/g)、结构稳定、安全性好、循环性能好、合成容易、只需在空气气氛中即能合成。

随着锂离子电池的日益发展，具有大容量、高倍率充放电锂离子动力电池也已成为世界各国竞相发展的重点。锂离子动力电池将主要应用于电动汽车、电动摩托车、电动自行车、UPS备用电源、军事装备、矿灯、便携式武器、移动通讯装备等动力装置。这些应用，除了要求锂离子电池具有大的容量以外，大倍率充放电性能也是其极其重要的技术指标。常用正极材料的电导率都很低，例如，实测得到的纯钴酸锂的电导率为2.78 x 10^-3s/cm(其倒数359.7Ω·cm为其体积电阻率)、纯锰酸锂的电导率为6.25 x 10^-5s/cm(其倒数1.60 x 10⁺⁴Ω·cm为其体积电阻率)、纯镍酸锂的电导率为1.26x10^-2s/cm(其倒数79.4Ω·cm为其体积电阻率)。通常，电池在大电流放电时，其容量和寿命相对于小电流率放电时会明显降低。低电导率很难保持电池良好的大倍率充放电特性和较长的使用寿命。作为锂离子电池重要组成部分的导电剂，对改善电池倍率充放电性能有着极其重要的作用。但常用的导电剂，如导电炭黑或导电石墨，很难从根本上解决正极材料导电性差的问题。

碳纳米管(Cabon Nanotubes，简称CNTs)是1991年才被发现的一种新型碳结构，是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的管体。碳纳米管分为单壁碳纳米管(Single-walled Nanotubes，SWNTs)和多壁碳纳米管(Multi-walled Nanotubes，MWNTs)，其制备方法主要有催化热解、电弧放电和激光蒸发等。由于直径很小、长径比大，碳纳米管被视为准一维纳米材料。已经证实碳纳米管具有奇特的电学性能，是一种非常优良的导电剂。

以碳纳米管作为导电剂，添加到锂离子电池正极材料中可以在正极材料中形成一个体积电阻率很小的导电网络，可明显提高正极材料的导电性。但是，由于碳纳米管的管径小，表面能大，很容易发生团聚，如果直接将碳纳米管添加到正极材料中，很难实现碳纳米管在正极材料中均匀分散。

发明内容

本发明的目的是提出一种通过添加碳纳米管来提高锂离子电池正极材料导电性的制备方法。

锂离子电池的高导电性正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)碳纳米管预处理：将碳纳米管在球磨机中，于200～500rpm的转速下，球磨1h，然后在气流磨中用气流处理，收集备用；

2)碳纳米管纯化处理：将步骤1)预处理的碳纳米管、1～5mol/L的盐酸和1～6mol/L的稀硝酸按照1g:50～200ml:50～200ml的比例在容器中搅拌混合，超声处理，抽滤，用去离子水洗至pH值为中性，干燥，研磨，待用；