[发明专利]碳包覆三元正极材料的制备方法及该碳包覆三元正极材料

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池用的碳包覆三元正极材料的制备方法及该碳包覆三元正极材料。

背景技术

锂离子电池具有比能量高、工作电压高、安全性好、无记忆效应等一系列的优点，不仅广泛应用作笔记本电脑、数码相机、移动电话、摄像机等便携式电子产品的动力电源，同时也将成为电动自行车、电动摩托车及电动汽车的主要电源之一。这一方面为锂离子电池的发展提供了广阔空间，另一方面随着电池应用领域的不断拓宽及相应产品的不断升级与换代，必将对锂离子电池提出越来越高的要求，而提高电池综合性能的最直接办法是改善电池材料性能。

正极材料作为电池核心部件之一，对电池综合性能起着关键性作用，因此开展正极材料改性研究具有重要意义。材料改性主要有两条途径：一个是掺杂改性，另一个表面包覆改性，其中表面包覆是产业化中比较常用的一种改性手段。

在动力电池领域，正极材料循环特性及倍率性能研究的是材料改性的两个重要研究方向，如专利ZL200610147247.1：一种碳包覆的纳米LiCoO₂材料及其制备方法和应用，公开了通过在LiCoO₂表面覆碳来提高材料导电系数，优化材料的倍率充放电性能。而当前三元正极材料的导电性比钴酸锂差，仍有待改善。且，现有在电池制作过程中往往是将颗粒型的导电碳和颗粒型的正极材料机械地混合，这种混合存在导电碳和正极材料不能有效的接触的缺陷，从而导致电子不能顺畅的迁移，制约材料的倍率性能。

现有对三元正极材料的改性中，还包括采用有机碳包覆三元正极材料的方法，该种方法的包覆需要采用催化剂对有机碳乳化后才能进行包覆，操作方法复杂且要求较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种操作简单、成本低且提高了材料的倍率性能及循环性能的碳包覆三元正极材料的制备方法及该碳包覆三元正极材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种碳包覆三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、以镍盐、钴盐和锰盐为原料，制备三元正极材料前驱体；

S2、制备导电碳分散体系：将导电碳分散于含有有机碳源的水中；

S3、将所述三元正极材料前驱体和锂化合物加入到所述导电碳分散体系中，混合均匀，获得混合物；

S4、将所述混合物在真空条件下烘干；

S5、将经烘干的所述混合物在密闭条件下或惰性气体保护的气氛中，于500-1100℃下高温处理；所述三元正极材料前驱体形成三元正极材料，所述导电碳分布在所述三元正极材料表面，所述有机碳源形成具有网络状的无定形碳，将所述导电碳和三元正极材料包覆起来，获得碳包覆三元正极材料。

在本发明的碳包覆三元正极材料的制备方法中，步骤S1中，制得的所述三元正极材料前驱体的化学式为Ni_xCo_yMn_1-x-y（OH）₂；步骤S5中，形成的所述三元正极材料的化学式为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂；其中，0<x<1，0<y<1，且x+y<1。

在本发明的碳包覆三元正极材料的制备方法中，步骤S1中，所述镍盐为镍的硫酸盐、硝酸盐或盐酸盐，所述钴盐为钴的硫酸盐、硝酸盐或盐酸盐，所述锰盐为锰的硫酸盐、硝酸盐或盐酸盐。

在本发明的碳包覆三元正极材料的制备方法中，步骤S1中，采用半液半固法将所述原料制成三元正极材料前驱体；所述半液半固法是先将所述镍盐、钴盐和锰盐配制成混合溶液，采用液相沉淀法获得所述镍盐、钴盐和锰盐的浆料状混合物，再采用低温固相反应法得到所述三元正极材料前驱体；所述镍盐、钴盐和锰盐的混合溶液浓度为0.2-5mol/L。

在本发明的碳包覆三元正极材料的制备方法中，步骤S2中，所述导电碳和所述含有有机碳源的水之间的质量体积比为1:10-100；

所述含有有机碳源的水中，有机碳源的重量百分含量为10-80%。

在本发明的碳包覆三元正极材料的制备方法中，步骤S2中，所述导电碳为石墨、碳纳米管、石墨烯、乙炔碳黑及超导碳黑中的一种或多种，所述有机碳源为蔗糖、葡萄糖、聚丙烯酸、淀粉、聚乙二醇及间苯二酚中的一种或多种；

步骤S3中，所述锂化合物为碳酸锂、氢氧化锂及氯化锂中的一种或多种。