[发明专利]一种镍钴铝酸锂@金属氧化物/碳纳米管复合正极材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于锂电池材料技术领域，更具体地，涉及一种镍钴铝酸锂@金属氧化物/碳纳米管复合正极材料及其制备方法与应用。

背景技术

自索尼公司于1990年最先将锂离子电池实用化，直至今日一直受到极大关注。锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长、自放电程度小、无记忆效应、环境友好等特点而得到广泛的应用于电动工具、数码产品和医疗设备等方面。锂离子电池主要是由正负极材料、隔膜、电解液等部分组成的，而正极材料是决定锂离子电池整体性能及成本的最核心的部分之一，其特性对电池的储能密度、循环寿命、安全性等具有直接影响，所以其研究与进展一直受到科学界的广泛关注。

随着信息时代的不断发展，对锂离子电池的各项性能也产生了更高的要求。目前，最具商用价值的三元正极材料主要为富镍型的镍钴铝酸锂LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂(0.8≤x0<1，0.01≤y<0.2)，其综合了LiCoO₂的稳定性、LiNiO₂的高容量性等优点，具有极高的比容量，是取代LiCoO₂的最理想材料，已成为近年来动力电池行业的研究重点之一。

但不可避免，由于镍钴铝酸锂有着非常高的镍含量，使得其综合性能存在不足：①在高脱锂状态下的镍钴铝(NCA)有着高浓度的不稳定的Ni⁴⁺离子，会在NCA材料表面生成更稳定的NiO，使材料表面阻抗增加，降低容量。②NCA正极材料在空气中表面会像其他富镍系正极材料一样快速地吸收水和二氧化碳而生成不纯相氢氧化锂和碳酸锂，其中氢氧化锂能与电解液六氟磷酸锂反应生成HF。一种用来改善富镍型正极材料的电化学性能和热稳定性的有效途径是在NCA正极材料包覆一层非活性的纳米层，这些包覆层能有效的减少活性材料与电解液的直接接触，减轻其受到的电解液腐蚀，同时也减少了本体材料金属离子的溶出，维持材料在充放电过程中的结构稳定。但这样做的话，导电性又存在不足。因此，需要探索能有效解决上述问题的方法显得格外重要。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种镍钴铝酸锂@金属氧化物/碳纳米管复合正极材料及的制备方法，该方法采取金属氧化物包覆协同碳纳

米管掺杂来改善镍钴铝酸锂正极材料的电化学性能和热稳定性，改善了三元正极材料的热稳定性差、循环性差和倍率性差等问题。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备的镍钴铝酸锂@金属氧化物/碳纳米管复合正极材料。该镍钴铝酸锂@金属氧化物/碳纳米管复合正极材料具有高的容量和高倍率性。

本发明的再一目的在于提供上述镍钴铝酸锂@金属氧化物/碳纳米管复合正极材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种镍钴铝酸锂@金属氧化物/碳纳米管复合正极材料的制备方法，包括以下具体步骤：

S1.将镍盐、钴盐和铝盐溶于去离子水中混合均匀，在惰性气体保护下，连续搅拌，滴加碱液控制溶液pH值，反应制得镍钴铝酸锂正极材料前驱体；

S2.将金属盐溶于有机溶剂中，搅拌至完全溶解形成金属盐溶液，加入步骤S1所得镍钴铝酸锂正极材料前驱体在室温搅拌反应，烘干制成镍钴铝酸锂正极前驱体/金属盐复合材料；

S3.将步骤S2所得镍钴铝酸锂正极前驱体/金属盐复合材料与锂盐混合均匀，在惰性气氛下进行煅烧，制备镍钴铝酸锂@金属氧化物复合正极材料；

S4.将步骤S3得到的镍钴铝酸锂@金属氧化物复合正极材料与碳纳米管混合后超声，过滤，烘干，制得镍钴铝酸锂@金属氧化物/碳纳米管复合正极材料。

优选地，步骤S1中所述镍盐、钴盐和铝盐的摩尔比为(80～85)：(10～15)：5，所述镍盐、钴盐和铝盐的总摩尔与去离子水的摩尔体积比为1：(2～10)mol/L；所述的镍盐为乙酸镍、硫酸镍或氯化镍中的一种以上，所述的钴盐为乙酸钴、硫酸钴或氯化钴中的一种以上，所述的铝盐为乙酸铝、硫酸铝或氯化铝中的一种以上。

优选地，步骤S1中所述pH值为10～13，所述碱液为氢氧化钠与氨水的混合液，所述氢氧化钠与氨水的质量体积比为(1～99)：(99～1)，所述惰性气体为氩气或氮气。