[发明专利]一种碳包覆锂离子电池复合正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳包覆锂离子电池复合正极材料的制备方法，尤其是涉及微波法制备碳包覆锂离子电池复合正极材料，属于电池材料技术领域。

背景技术

对于锂离子电池，正极材料是提高其性能的关键性因素之一，具有高安全、低成本优势的正极三元材料LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂备受关注，但是LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂的缺点在于其在高倍率充放电情况下，容量衰减较快，倍率性能不佳。针对其缺点，碳包覆改性研究也日益成为研究者追捧的热点。

碳源（如葡萄糖、柠檬酸、蔗糖等）可在LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂活性材料表面形成碳层，从而提高其在氧化还原反应中的电荷转移速率，而且通过包碳可使LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂的结构在脱嵌Li⁺时更稳定。表面包碳后Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O₂材料的电化学性能有所提高，这是由于包碳后其电子电导率增强，因为碳分布在Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O₂球形颗粒表面中有助于电子的转移和减少电池的极化。LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂/C作为锂离子电池的正极材料，是锂离子电池的重要组成部分，是锂离子电池中成本最高的部分，是影响锂离子电池性能的关键材料。

目前，对于包碳改性工艺的研究基本是围绕常规法展开。韩国Hyun-Soo Kim等人先将聚羧酸钠盐和炭黑放于蒸馏水中进行分散并球磨2h，然后将其在50℃下搅拌2h后获得凝胶；之后将凝胶溶于蒸馏水中，同时加入50g的LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂搅拌1h，随后将溶液的pH调节至4～5；最后，将其进行抽滤并在300℃下焙烧3h，得到最终产品LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂/C。国内方面，中科院Bin Lin等人首先通过将原料在空气中加热到950℃后保温10h，制得多孔的球状LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料；其包碳工艺如下：首先把柠檬酸（作为碳源）溶入无水乙醇中，然后让LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂颗粒在溶液中扩散；在真空环境下，搅拌混合溶液两个小时使柠檬酸充分渗透到LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂颗粒孔隙中；干燥后，把固体化合物以600℃在空气中焙烧，保温0.5h从而得到表面包碳的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料。由于碳是常用的还原剂，焙烧中其与LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂颗粒接触，可能会导致过渡金属离子被还原为低价态，从而，使烧结过程中，已得到优化的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的性能被损害。上述两种工艺，由于焙烧时间较长，这种不利影响难于控制，导致所得材料的性能一致性难于控制。

发明内容