[发明专利]聚合铝-石墨烯包覆的掺杂三元材料的制备方法

说明书

本发明涉及聚合铝‑石墨烯包覆的掺杂三元材料的制备方法，其特征是所采用的技术方案由以下步骤组成：将聚乙烯吡咯烷酮、液态介质、石墨烯粉末和聚合铝混合，得到聚合铝‑石墨烯溶液。进一步加入掺杂三元材料的溶液，通过加氨水、陈化、过滤、洗涤、真空干燥和程序升温烧结，制得具有层状α‑NaFeO₂结构且包覆聚合铝‑石墨烯的掺杂三元正极材料。

技术领域

本发明属于电池电极材料制备的技术领域,涉及一种可用于锂电池、锂离子电池、聚合物电池和超级电容器的掺杂三元材料的制备方法。

技术背景

三元材料（LiNi_xCo_yMn_zO₂）兼具LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂的优点。在三元材料中，Ni为主要活性元素。一般来说，镍的相对含量越高，三元材料的理论放电容量越高。共沉淀法是制备三元材料的主要方法。

具有较好热稳定性和循环稳定性的三元材料是实现应用的前提。目前制备的三元材料还存在以下问题：循环性能差、与电解液的相容性不佳、安全性不佳，等。在较高工作温度或大倍率电流下，三元材料的热稳定性和循环稳定性会明显下降。在低温下，三元材料的电导率会明显减小，阻抗增大。因此，目前三元材料已经采用以下方法进行改性：掺杂、表面包覆和表面处理方法等。包覆可提升三元材料的电子电导率和离子传导率，可显著改善其循环稳定性和热稳定性。研究的包覆物包括金属氧化物、金属氟化物、锂盐、碳、聚合物等。

尽管通过改变合成方法，包覆以及掺杂改性等手段已经对三元材料做了大量研究，但其放电容量仍然不够高，循环性能仍然有待于改进。本发明认为，这是由于目前用于包覆三元材料的包覆剂多为小分子的化合物。将小分子化合物用于包覆三元材料时，要减小电解液对三元材料的影响，只能通过小分子化合物在三元材料颗粒的表面的堆砌来实现，阻挡电解液与三元材料的接触，而且，包覆在三元材料颗粒的表面的小分子化合物容易发生脱落，因此，在三元材料颗粒表面堆砌的包覆材料必须达到一定的厚度，才能起到作用。不过，一旦在三元材料颗粒的表面堆砌足够厚度的包覆材料，这些包覆材料可能对锂离子在三元材料颗粒表面的嵌入/脱出造成障碍，对三元材料的大电流充放电起不利的影响作用。

如果能够找到一种高分子的化合物对三元材料颗粒进行包覆的话，由于高分子的化合物的分子链较长能够更好的包覆三元材料颗粒的表面，大大减小包覆的厚度，且分子链较长的高分子化合物能够更好的包覆三元材料，不容易脱落。此外，高分子化合物分子间的空隙容易让锂离子通过，能够起到即能包覆三元材料的颗粒，又不会阻挡锂离子在三元材料颗粒的表面的嵌入和脱出的作用。