[发明专利]一种多孔碳包覆镍掺杂钴酸锂复合正极材料的制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉一种多孔碳包覆镍掺杂钴酸锂复合正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子二次电池具有高能量密度、重量轻、不污染环境、无记忆效应、工作性能稳定、安全可靠等特点，自问世以来应用广泛，已成为目前主要的便携式电源，也是大功率动电池的开发重点。 

层状锂离子电池正极材料是领域内研究的热点。理论上具有层状结构和尖晶石结构的材料，都可以作为锂离子电池的正极材料，其中LiCoO₂用作锂离子电池正极材料具有如下特点：1、安全性好；2、容量一般；3、循环性能一般。 

在锂离子蓄电池电化学体系中，碳材料是帮助化学能直接向电能成功转化的关键组分。碳表面积和孔隙率对该电化学体系的性能是重要的。高表面积碳通常导致和锂离子储存的高容量，同时高度多孔的碳促进气态和液态反应物及产物的质量传递。

发明内容

本发明提供一种多孔碳包覆镍掺杂钴酸锂复合正极材料的制备方法，使用该方法制备的正极材料，具有较高比容量的同时，还具良好的循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供一种多孔碳包覆镍掺杂钴酸锂复合正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）镍掺杂钴酸锂的制备

该镍掺杂钴酸锂的化学式为LiCo_1-xNi_xO₂，其中： x=0.32-0.35；

将乙酸钴和聚乙烯吡咯烷酮溶于水和乙醇溶液中，获得乙酸钴和聚乙烯吡咯烷酮混合溶液，其中乙酸钴的摩尔浓度为2-3mol/L，聚乙烯吡咯烷酮的摩尔浓度为1-2mol/L，水和乙醇的体积比为3:1-2； 在65-70℃的温度下，将摩尔浓度为1-2mol/L的镍氰酸钠（Na₂Ni（CN）₄）水溶液，滴加到上述乙酸钴和聚乙烯吡咯烷酮混合溶液中，滴加量控制使得镍离子和钴离子的摩尔比为1:1，滴加完毕后，磁力搅拌后，静置16-20h，离心分离得到镍氰酸钴(CoNi(CN)₄)纳米粒子；

将上述镍氰酸钴纳米粒子置于坩埚内，在空气氛围下，以450-500℃的温度下煅烧1-2h，可以得到前驱体CoNiO₃；将氢氧化锂、上述前躯体CoNiO₃、氢氧化钴按摩尔比Li：Co：Ni =1：1-x：x的配比混合，在球磨机中以400-500r/min的速度机械混合10-15h得到混合粉末，按照固、液体积比1：2-4的比例向所述的混合粉末中加入去离子水，搅拌成粘稠浆状物；将所述浆状物置入一带有开口的容器内，使浆状物体积占反应釜体积的1/10-1/5，并通入体积为容器体积10-15倍的氦气的，然后将容器密闭，把密闭容器放入恒温箱中，在125-165℃的恒温下反应8-10h，得到镍掺杂钴酸锂；

（2）制备多孔碳材料

通过在水溶液中使胶体氧化硅模板材料和蔗糖组合提供前体溶液，其中控制胶体氧化硅模板的颗粒尺寸为10-20nm，控制胶体氧化硅/碳源的重量比为1∶3-3∶1；

通过超声喷雾热解将前体溶液雾化为小液滴，在氮气气氛中，将液滴引入在900-1100℃的温度下工作的高温炉中，将液滴转变为固体球状复合碳/氧化硅颗粒， 收集从炉中离开的所得复合碳/氧化硅颗粒，除去氧化硅，得到多孔碳材料；

（3）碳包覆

将上述多孔碳材料和上述镍掺杂钴酸锂按照质量比3-5:100放入球磨机中，以350-400r/min的速度球磨4-6h后，在450-550℃的氮气气氛中煅烧6-8h得到产品。

本发明制备的正极材料，使用湿法制备的高纯度掺杂有较高含量的镍的钴酸锂材料，以提高材料的能量密度，采用使用多级受控的方式制备的多孔碳材料进行包覆，提高使得该材料的电化学稳定性。因此该复合材料在用于锂离子电池时，具有高比容量和长使用寿命。

具体实施方式

实施例一

本实施例的活性物质为LiCo_0.68Ni_0.32O₂。