[发明专利]一种三维网络结构三元复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维网络结构三元复合正极材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)将Ni‑Co‑Mn的前驱体、锂盐与氧化石墨烯溶液混合，搅拌分散均匀后，再加入碳纳米管，继续搅拌均匀，得到混合液；(2)混合液脱水后，将固形物置于空气氛或惰性气体氛中400～1000℃煅烧0.5～24小时，然后自然冷却至室温，研细、过筛，得到所述三维网络结构三元复合正极材料。本发明利用氧化石墨烯易于分散的特点，克服现有技术中石墨烯团聚的问题，并且利用碳纳米管的桥连形成三维网络结构，提高了复合材料的倍率性能；本发明的制备方法工艺过程简单易行，价格低廉，利于实施，非常适合于商业化推广应用。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种三维网络结构三元复合正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其能量密度高的优点，在过去的20年中得到了高速的发展，并被广泛用作手机、相机、笔记本电脑等便携式电子产品的电源。混合电动汽车，插电式混合电动汽车以及大型储能设备的发展，对下一代锂离子电池在能量密度，倍率性能以及循环寿命方面提出了更高的要求。目前市场上成熟应用的正极材料钴酸锂，磷酸铁锂，锰酸锂及镍钴锰三元材料均存在不同方面的问题，不能同时满足上述要求。

在现有条件下，提高正极材料的能量密度，倍率性能以及循环寿命主要通过两种途径实现，即纳米化和碳包覆。碳包覆是一种提高正极材料电化学性能的重要手段。良好的碳包覆层具有以下几个作用：首先，多数正极材料的导电性能一般在10^-4～10^-10Scm^-1之间，通过有效碳包覆，正极材料电子电导率可以上升到10^-4Scm^-1以上，利于电子迁移，不仅可提高电极材料的有效利用率，同时可有效降低电极工作时的极化现象；其次，碳包覆不仅可以有效抑制电极材料在电解液中因副反应造成的溶解现象，而且可以提高电极的循环性能。

石墨烯是近年来引发广泛关注的一种新型的高度石墨化碳材料。因其优良的电子导电性，独特的二维纳米层状结构以及巨大的比表面积，石墨烯已被引入到正极材料的包覆工艺中，然而由于石墨烯溶解度较低，在传统的与正极材料混合过程中，难以达到均匀分散的效果，导致石墨烯的性能没有发挥出应有的效果。例如在申请号为20091055316.7，201010146161.3，201210106499，201110185921以及201310035614的中国专利中均采用了物理掺杂复合方式，将化学玻璃法制备得到的石墨烯直接与正极材料混合，以达到提高正极材料电子导电性的目的。但这种简单机械混合的方式，很难实现石墨烯均匀分散和包覆；同时在混合过程中，石墨烯自身还会发生严重的团聚现象，导致复合材料的倍率性能和循环性能并没有明显的提升。此外，申请号为201110079630.9公开了一种纳米金属氧化物/石墨烯掺杂LiFePO₄电极材料的制备方法，通过纳米金属氧化物改性石墨烯解决石墨烯在LiFePO₄掺杂过程中容易团聚的问题，但该方法同样采用机械球磨混合的方式，其虽与传统的机械混合法相比在一定程度上改善了石墨烯的分散性，但其制得的LiFePO₄与石墨烯复合材料界面的导电性能和结合力仍不高，不能满足市场的需求。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种三维网络结构三元复合正极材料及其制备方法，在镍钴锰酸锂的表面进行石墨烯包覆，并通过碳纳米管将包覆的颗粒进行串联构建起三维的网络结构，从而提高复合材料的电化学性能。

一种三维网络结构三元复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Ni-Co-Mn的前驱体、锂盐与氧化石墨烯溶液混合，搅拌分散均匀后，再加入碳纳米管，继续搅拌均匀，得到混合液；

(2)混合液脱水后，将固形物置于空气氛或惰性气体氛中400～1000℃煅烧0.5～24小时，然后自然冷却至室温，研细、过筛，得到所述三维网络结构三元复合正极材料。