[发明专利]一种碳量子点修饰的三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳量子点修饰的三元正极材料及其制备方法，所述三元正极材料为镍钴锰三元正极材料，分子式为LiNi_xCo_yMn_zO₂，其中0≤x＜1，0≤y＜1，0≤z＜1，且x+y+z＝1；所述三元正极材料表面分布有碳量子点。本发明利用碳量子点对三元正极材料进行修饰，降低了材料表面碱含量，同时有效提高材料的导电性，改善了材料的倍率性能和循环性能。制备过程中采用微波热解法在三元正极材料表面原位热解生成碳量子点，碳量子点分布更加均匀，且制备过程中体系的温度较低，解决了三元材料表面包覆碳材料时过渡金属被碳还原的问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种碳量子点修饰的三元正极材料及其制备方法。

背景技术

电动汽车的快速发展对锂离子电池能量密度和功率密度的提高不断提出新的要求。镍钴锰三元正极材料由于具有高比容量、长循环寿命、低毒和廉价的特点，受到了广泛的关注。特别地在氧化还原储能中，镍是其主要成分，通过提高镍含量以提升材料的比容量，是目前的研究重点。

但三元材料，特别是高镍三元材料目前存在的主要问题是表面碱含量过高，电极表面易氧化电解液造成容量损失。现有技术中一般通过包覆、掺杂或表面修饰的手段改善三元材料的电化学性能，比如氧化物包覆、碳材料包覆，氟化物包覆，有机物包覆，含锂酸盐包覆等。其中对三元材料表面包覆碳材料可以保护电极材料避免与电解液发生反应，同时也有利于提高电极材料的导电性。

CN104900869A公开了碳包覆镍钴铝三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：将所述镍钴铝三元正极材料、有机碳源、催化剂混合均匀，置于惰性气氛下，于400-500℃下热处理1-10小时，后处理后得到所述碳包覆镍钴铝三元正极材料；所述催化剂为Fe盐、Co盐或Ni盐。CN103474628B公开了一种碳包覆三元正极材料及其制备方法，将导电碳分散于含有有机碳源的水中，并与三元正极材料前驱体和锂化合物混合均匀，在真空条件下烘干并在惰性气体保护的气氛中高温处理，获得碳包覆三元正极材料。WO2016188477A3公开了一种碳包覆三元正极材料的制备方法，利用丙烯酸锂作为锂源，与三元前驱体悬浊液混合，并加入过硫酸铵，使丙烯酸锂进行聚合反应从而得到聚丙烯酸锂包覆的三元正极材料前驱体的悬浊液，然后干燥、烧结，得到碳包覆三元正极材料。CN104882589A公开了一种碳包覆三元正极材料的制备方法，按Li:(Ni+Co+Mn)为1.03-1.05:1的摩尔比往该三元正极材料前驱体的悬浊液中加入丙烯酸锂；在50℃-80℃的温度下向悬浊液中加入过硫酸铵，反应完成后干燥、烧结，得到碳包覆三元正极材料。上述方法一般在高温惰性气氛中利用碳材料对三元正极材料进行包覆，该条件下三元材料中的镍、钴、锰等金属离子会有少量被碳还原，进而降低了三元材料的性能。CN108258226A公开一种碳包覆三元正极材料及其制备方法，利用化学气相沉积设备将有机碳源通入至反应室中，有机碳源经催化器分解生成纳米碳材料，随后通过气相沉积使纳米碳材料沉积在三元正极材料表面，并通过球磨使纳米碳材料均匀分布在三元正极材料的表面，得到碳包覆三元正极材料。但化学气相沉积法的设备较复杂，制备成本较高，包覆量较高，影响材料的比容量。

上述方法均利用碳材料包覆三元正极材料改善其电化学性能，但从材料本身以及制备方法角度而言，所得材料的性能仍有继续改善的空间。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种碳量子点修饰的三元正极材料及其制备方法，通过碳量子点对三元正极材料进行修饰，改善材料的倍率性能和循环性能。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种碳量子点修饰的三元正极材料，所述三元正极材料为镍钴锰三元正极材料，分子式为LiNi_xCo_yMn_zO₂，其中0≤x＜1，0≤y＜1，0≤z＜1，且x+y+z＝1；所述三元正极材料表面分布有碳量子点。