[发明专利]一种改性镍钴铝三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种改性镍钴铝三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：一)镍钴铝三元正极材料的制备，二)钛掺杂氟化石墨烯、四丁基六氟磷酸铵共改性镍钴铝三元正极材料的制备。本发明还公开了根据所述改性镍钴铝三元正极材料的制备方法制备得到的改性镍钴铝三元正极材料及利用所述改性镍钴铝三元正极材料作为正极材料的锂离子电池。本发明制备得到的改性镍钴铝三元正极材料与现有技术中的传统镍钴铝三元正极材料相比，生产成本更加低廉，克容量、循环稳定性和能量密度和堆积密度更高，导电性能好，避免了活性物质与电解液直接导致的金属Ni，Co，Al在电解液中的溶解，造成容量衰减的发生。循环使用寿命更长，使用更加安全稳定。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种改性镍钴铝三元正极材料及其制备方法。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭，能源问题日益成为关注的热点。世界各国都在不断寻求更加清洁环保的绿色能源。其中，锂电池由于其具有能量密度高、电压高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、放电电压稳定、充放电快速和环保等优点，被广泛应用于手机、便携式电脑、照相机、摄像机、电动车等领域，随着应用领域的不断扩展，对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。

锂离子电池包括正极材料、负极材料、隔膜、电解液和集流体等。其中，正极材料很大程度上决定了电池的性能。已经成功商业化的正极材料有钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂等。但这些正极材料均存在自身的不足和缺陷。镍钴铝三元正极材料由于其高的放电电容、反应可逆性好、大电流放电能力强、有较好的循环稳定性和安全性能、能将充放电电压范围适当拓宽、不会出现由于过充电引起的安全问题或结构不稳定想象，且其毒性小等优点成为了当今研究的热点。然而，研究发现，镍钴铝三元正极材料存在高温循环性能差的缺陷，活性物质与电解液接触，在高温条件下会被氢氟酸腐蚀，破坏界面结构，进而导致金属Ni，Co，Al在电解液中的溶解，造成容量的衰减。

目前，制备镍钴铝三元正极材料主要采用共沉淀和固相烧结法，通过上述方法合成的材料碱性较大，容易吸收水分和二氧化碳，不利于镍钴铝三元正极材料倍率性能和循环寿命也将会受到很大的影响，难以满足市场的需求和工业化生产。

因此，开发一种生产成本低廉，高温循环性能佳，结构稳定，使用安全的镍钴铝三元正极材料势在必行。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种改性镍钴铝三元正极材料及其制备方法，该制备方法简单易行，对设备及反应条件要求不高，原料易得，价格低廉，制备得到的改性镍钴铝三元正极材料与现有技术中的传统镍钴铝三元正极材料相比，生产成本更加低廉，克容量、循环稳定性和能量密度和堆积密度更高，导电性能好，避免了活性物质与电解液直接导致的金属Ni，Co，Al在电解液中的溶解，造成容量衰减的发生。循环使用寿命更长，使用更加安全稳定。

为达到以上目的，本发明提供一种改性镍钴铝三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将钴盐，锂盐，镍盐，硝酸铝加入柠檬酸中，配成4-5mol·L^-1的混合盐溶液，然后加入氨水，将溶液pH调至10-11，再将溶液进行喷雾干燥，最终得到分子水平上混合均匀的前驱体颗粒；将前驱体于气氛炉中，通入氧气，在500～550℃下保温3-5小时，再升温到700-800℃下烧结12-15小时，自然冷却到室温，将产物研磨，过200-400目筛得到镍钴铝三元正极材料；

2)将氟化石墨烯、3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷分散于乙醇中，搅拌1-2小时，再向其中加入四(二甲氨基)钛，在40-60℃下搅拌反应4-6小时，后过滤，并置于真空干燥箱70-80℃下烘12-15小时，得到钛掺杂氟化石墨烯；

3)将经过步骤1)制备得到的镍钴铝三元正极材料、经过步骤2)制备得到的钛掺杂氟化石墨烯、四丁基六氟磷酸铵混合碾磨30-60分钟，先在氮气氛围下，以5-10℃/min的升温速度升温至550-600℃下，保温6-8小时，自然冷却，粉碎过200目筛，得到改性镍钴铝三元正极材料。