[发明专利]一种氮掺杂碳包覆正极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种氮掺杂碳包覆锂离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：以三聚氰胺为氮源，有机酸为碳源，改性石墨烯为导电桥梁，将三聚氰胺、有机酸、改性石墨烯在溶剂中混合均匀，然后再加入正极材料，混合均匀，干燥；将混合好的干燥物料研磨过筛，然后将物料转移至回转炉中，通入惰性气氛，加热至100~500℃，三聚氰胺与有机酸、改性石墨烯反应后原位生成的功能结构组分包覆在正极材料表面；然后继续升温碳化得到具有核壳结构的氮掺杂碳包覆正极材料。相对于现有技术，本发明采用原位氮掺杂碳包覆正极材料，得到包覆均匀的的正极材料，该材料的导电性好，循环性能提升明显，倍率性能好。而且该方法简单，成本低，非常适合大规模生产运用。

技术领域

本发明属于新能源锂离子电池材料技术领域，主要涉及一种氮掺杂碳包覆正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于能量密度高，循环寿命长，环保等特点，从最初的3C类领域逐渐扩展到了电动汽车领域。而正极材料由于导电性和循环性差的原因，制约了其广泛的运用前景。传统的如CN104900869A公开了一种碳包覆镍钴铝三元正极材料的制备方法，采用普通有机碳源包覆，导电性差。CN104466135A公开了一种导电聚合物包覆镍钴锰酸锂正极材料的方法，是直接加入导电聚合物，然后进行煅烧，得到碳包覆层，但是，由于其工艺的技术缺陷，导致包覆层不均匀。

有鉴于此，本发明旨在提供一种氮掺杂碳包覆正极材料的制备方法，其采用原位氮掺杂碳包覆正极材料，从而得到包覆均一的氮掺杂碳包覆正极材料，该材料的导电性提高，循环性能提升明显，倍率性能好。而且该方法简单，成本低，非常适合大规模生产运用。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种氮掺杂碳包覆正极材料的制备方法，其采用原位氮掺杂碳包覆正极材料，从而得到包覆均一的氮掺杂碳包覆正极材料，该材料的导电性提高，循环性能提升明显，倍率性能好。而且该方法简单，成本低，非常适合大规模生产运用。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氮掺杂碳包覆正极材料的制备方法，至少包括如下步骤：

步骤一，以用含氮量高的三聚氰胺为氮源，有机酸为碳源，改性石墨烯为导电桥梁，将三聚氰胺、有机酸、在溶剂中混合均匀，然后再加入正极材料，混合均匀，得到湿浆料，干燥；

步骤二，将步骤一中混合好的干燥物料研磨过筛，然后将物料转移至回转炉中，通入惰性气氛，加热至100～500℃，保温0.1～5h，三聚氰胺的氨基分别和有机酸、改性石墨烯中的羧基反应，生成含C-N键，有机酸的羧基和改性石墨烯中的羟基生成酯类的功能结构组分，功能结构组分敷在正极材料表面。然后继续升温至500～1000℃，功能结构组分碳化0.5～24h，脱去功能结构中的氧和氢，冷却后打散、过筛，得到的包覆均一的氮掺杂碳包覆正极材料。

作为本发明氮掺杂碳包覆正极材料的制备方法的一种改进，步骤二得到的氮掺杂碳包覆正极材料具有核壳结构，壳层为氮掺杂碳层，核层为正极材料，所述氮掺杂碳层是由三聚氰胺与有机酸、改性石墨烯反应后原位生成的功能结构组分碳化得到的。该壳层厚度在5nm～100nm，导电性好，功能结构组分均匀的包覆在正极材料表面。

作为本发明氮掺杂碳包覆正极材料的制备方法的一种改进，壳层的质量为核层质量的0.5～5％。

作为本发明氮掺杂碳包覆正极材料的制备方法的一种改进，步骤一所述的改性石墨烯为接枝有-OOH，-OH官能团的石墨烯，改性石墨烯能够与有机酸和三聚氰胺反应。

作为本发明氮掺杂碳包覆正极材料的制备方法的一种改进，步骤一所述的有机酸为含-COOH的有机物，从而能够和三聚氰胺和改性石墨烯加热反应，生成功能结构组分。并且-COOH官能团的个数为1～5，碳原子数为2～20。优选的，有机酸为柠檬酸、硬脂酸、乙二酸中的至少一种。