[发明专利]碳包覆的锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池，公开了一种碳包覆的锂离子电池及其制备方法，其中，碳包覆的锂离子电池的正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，具有较高的放电容量和良好的循环性能，在制备过程中不需要在碳源包覆的情况下长时间焙烧，有效控制材料的一致性，且该制备原料易得，制备方法简单，具有较高的推广应用价值。本发明克服现有技术中为了得到碳包覆的正极材料而采用在碳源存在的情况下长时间焙烧的工艺，并且克服了该由于超时间焙烧使得过渡金属离子被部分还原使得材料的一致性不易控制的缺陷。

技术领域

本发明涉及锂离子电池，具体地，涉及一种碳包覆的锂离子电池及其制备方法。

背景技术

随着电动汽车产业的发展，动力锂离子电池需求量不断增大。然而，动力锂离子电池对电池材料的容量、安全性和循环性等方面的要求更高。目前，市场上的磷酸铁锂和普通三元锂离子电池电池材料已经越来越难以满足动力电池的要求，亟需开发新的锂离子电池正极材料。

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备受关注，但是三元正极材料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)可在正极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且更稳定。表面包碳后三元正极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，因为碳分布在三元正极材料颗粒表面中有助于电子的转移和减少电池的极化。三元正极材料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-SooKim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BinLin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_1/3Mn_1/3Co_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_1/3Mn_1/3Co_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_1/3Mn_1/3Co_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_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂材料。由于碳是常用的还原剂，焙烧中其与LiNi_1/3Mn_1/3Co_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_1/3Mn_1/3Co_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