[发明专利]一种碳包覆高镍三元正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳包覆高镍三元正极材料的制备方法，将纳米碳材料分散液、三元正极材料混合并分散均匀，得到混合浆料；将所述混合浆料烘干，即得到所述碳包覆高镍三元正极材料。本发明将具有疏水特性的纳米碳材料包覆在高镍三元正极材料表面，有效地解决了高镍三元正极材料在加工过程中存在的制浆困难的技术难题；同时，将具有疏水特性的纳米碳材料通过湿法混料和热处理包覆在高镍三元正极材料表面，有效地限制了空气中水和二氧化碳与基体高镍正极材料的反应，有效地抑制了电解液在充放电过程中对基体高镍三元正极材料的侵蚀，提升了材料的循环性能。

技术领域

本发明属于电池材料领域，尤其涉及一种高镍三元正极材料表面进行包覆碳材料的改性方法。

背景技术

高镍三元正极材料LiNi_xM_1-xO₂(x≥0.6，M为Co，Mn，Al，Mg等中一种或几种)在制备过程中是由前驱体与锂盐(一般为氢氧化锂)经高速搅拌混合烧结而成，随着三元材料中镍含量的增加，材料的比容量会显著提高，但会带来材料结构稳定性的下降，其原因在于二价的镍离子易与锂离子发生阳离子混排，使得层间距降低，结构坍塌，阻碍了锂离子的回嵌。正是由于高镍材料结构的不稳定，使得该类材料在高湿度条件下储存易与空气中的水和二氧化碳反应，在材料表面留下氢氧化锂和碳酸锂等可溶性的锂盐。而高镍三元材料表面可溶性锂盐含量较高将使其在进行电池制浆时，材料表面带有的可溶性锂盐易与电池正极浆料中的粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)发生反应，造成聚偏氟乙烯发生交联，而表现为正极浆料流动性极差，具有弹性的“果冻”状态，严重影响了其加工性能；同时该类材料还存在着循环性能差等缺点，影响了其商业化应用。

针对上述问题，近年来，研究人员多采用将高镍材料水洗处理后并在其表面包覆致密的氧化物层或碳层来提升高镍材料的加工性能或循环性能，如中国专利CN105406040A公开了一种在高镍基体材料外部包覆纳米金属氧化物层来提升加工性能及循环性能的制备方法，但是该方法工艺复杂，水洗过程中产生的碱性废水以及后处理过程中较高的加热反应温度都造成了生产成本的增高，氧化物包覆层的引入同时也会导致材料电子电导的下降，电池阻抗的增加。

中国专利CN105336927 A公开了一种在高镍材料表面包覆改性超疏水碳纳米管阵列来提升高镍正极材料在锂离子电池中的安全性、循环性能的方法，但该专利中使用的气相沉积技术，设备成本投入较大，实现包覆材料制备的工艺复杂，材料制备过程中仅仅基于溶剂为乙醇体系；此外由于包覆层仅仅是“零维”纳米粉体和“一维”碳纳米管的“点线”接触，使得外围电子离子传输路径受限。

中国专利CN108199013A公开了一种碳包覆三元材料的制备方法，其是选用干法制备碳包覆三元材料，其是通过干法球磨产生的机械碰撞力来实现碳材料与三元材料混合包覆，该方法只能实现碳材料在三元材料中均匀混合而难以实现碳材料均匀且紧密地包覆在三元材料表面，随着正极浆料制备过程中剪切力的提升，碳材料并不能阻止高镍材料表面可溶性锂盐的溶出，即无法避免浆料果冻现象的产生。

针对上述技术问题，亟待需研究一种工艺简单、成本低廉的既能够改善高镍三元正极材料的加工性能又能提高电池的电化学性能的制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种碳包覆三元正极材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种碳包覆高镍三元正极材料的制备方法，将纳米碳材料分散液、三元正极材料混合并分散均匀，得到混合浆料；将所述混合浆料烘干，即得到所述碳包覆高镍三元正极材料。

上述的制备方法，优选的，所述纳米碳材料的质量为高镍三元正极材料质量的0.01％～5％。进一步优选为0.01％～3％。

上述的制备方法，优选的，所述纳米碳材料含有石墨烯。