[发明专利]一种石墨烯基/AlPO4

说明书

本发明公开了一种石墨烯基/AlPO₄复合包覆改性高镍三元正极材料的方法，将氧化石墨烯、去离子水、铝盐溶液、磷酸溶液配制得到的氧化石墨烯/AlPO₄原位复合溶液作为包覆料水洗包覆高镍三元正极材料，即得石墨烯基/AlPO₄复合包覆改性的高镍三元正极材料。本发明中氧化石墨烯溶液与三价铝离子溶液在分子水平上混合，然后在氧化石墨烯表面原位生长出磷酸铝，得到分散均匀的石墨烯基/AlPO₄复合结构的氧化石墨烯/AlPO₄原位复合溶液，避免常规包覆方法中高镍三元材料表面AlPO₄岛状结构的形成，整体的氧化石墨烯/AlPO₄复合物紧密牢固的包覆在高镍三元正极材料表面，包覆层不容易脱落且有效降低了高镍三元正极材料表面的活性及残锂量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其是一种石墨烯基/AlPO₄复合包覆改性高镍三元正极材料的方法。

背景技术

目前，在商业化的锂离子电池正极材料中，LiCoO₂存在安全性和耐过充性问题，Co属于稀有资源，价格昂贵，且金属钴容易对环境造成污染，LiMn₂O₄在循环过程中容易发生晶型转变以及锰离子的溶解和Jahn-Teller效应，导致电池容量衰减，LiFePO₄可称为零污染正极材料，由于其在价格便宜和高安全性方面的优势，而倍受重视，但该材料电导率低，且振实密度小，其应用领域依然受到很大限制，镍钴锰酸锂材料，业内称三元正极材料，化学通式LiNi_xMn_yCo_zO₂(x+y+z＝1)做为锂离子电池的正极材料，综合了LiCoO₂，LiNiO₂，LiMnO₂三种锂离子电池正极材料的优点，被大量应用于通讯、电动工具、电动自行车及电动汽车动力电池等领域。对于镍钴锰酸锂材料的生产方法，目前行业内主流的合成方法为高温固相法，既选择锂的氧化物或碳酸物等固态化合物，与镍钴锰的氢氧化物(三元前驱体)混合均匀，通过高温灼烧使其反应生成镍钴锰酸锂材料。

镍钴锰酸锂材料LiNi_xMn_yCo_zO₂(x+y+z＝1)中，x的值高于0.6，一般称之为高镍三元正极材料，Ni在三元正极材料中充当活性成分，Ni含量越高，可参与电化学反应的电子数越多，材料放电比容量越高，伴随着国家对动力电池能量密度的要求的提高，以及补贴和能量密度挂钩政策的出台，极大促进了高镍三元正极材料的应用和发展，但镍含量的提高也将对材料的性能造成一系列影响，高镍三元正极材料Ni²⁺/Li⁺混排严重，影响材料的循环和倍率型能；而且高镍三元正极材料表面高的残锂量以及高的活性，造成其易于电解液发生反应，使循环性能以及安全性能显著下降。表面包覆改性是目前较为理想的提高循环性能的解决方法，包覆能减小材料与外界接触面积，提高储存性能，并且能保护材料充放电过程中不被电解液侵蚀，如公开号为CN109244428A的中国发明专利申请公开了一种高镍三元材料的包覆改性方法，其将预制好的高镍三元材料粉末与焦磷酸盐粉末混合后，氧气气氛下烧结得到焦磷酸盐包覆的高镍三元材料；然后将焦磷酸盐包覆的高镍三元材料加入聚合体系中一起进行聚合，得到焦磷酸盐及聚合物包覆的高镍三元材料，即所得的包覆层的聚合物包覆层部分是分布在磷酸盐包覆层与高镍三元材料接触的空隙中，通过进一步减小高镍三元正极材料与外界电解液的接触发生副反应，来提高储存性能，并没有解决高镍三元正极材料Ni²⁺/Li⁺混排严重而导致的循环和倍率性能降低的问题；且磷酸盐包覆高镍三元正极材料容易在表面形成磷酸盐岛状结构包覆层，该包覆层不牢靠，容易随着Li离子在正负极之间的脱嵌而脱落，影响循环。

发明内容