[发明专利]一种改性剂及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种改性剂及其制备方法和用途，所述改性剂包括氮掺杂的石墨烯、含氢的锂钛氧化合物和六方相氧化钨，其中，含氢的锂钛氧化合物和六方相氧化钨均为氮掺杂材料。所述改性剂的制备方法包括如下步骤：1)将含氢的锂钛氧化合物和六方相氧化钨加入到石墨烯分散液中，超声，然后干燥；2)采用化学气相沉积法，以气态氮源，对步骤1)所得干燥产物进行热处理，得到改性剂。本发明所提供的改性剂可以用在对锂离子电池电极材料进行改性，能够大幅提高锂离子电池电极材料的电子导电性、离子导电性、放电比容量、循环稳定性和使用寿命，在锂离子电池领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料制备技术和锂离子电池领域，涉及一种改性剂及其制备方法和用途。

背景技术

锂离子电池具有放电比容量大、电压平台高、安全、寿命长、环境友好等突出优点，目前在小型便携式电池、新能源汽车用动力电池、储能等各个领域的应用越来越广泛。随着人们生活水平的提高，人们对锂离子电池提出了更高的要求，要求更高的能量密度、更高的倍率性能、更长的循环寿命、更高的安全性和电化学稳定性。为了达到上述目的，人们采用各种方法对锂离子电池正极材料进行改性。

在某些特定条件下如低温下，石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm²/(V.s)，同时，石墨烯的电阻率约为10^-6Ω·cm，是世界上电阻率最小的材料，具有优异的导电性。CN 106252635 A公开了一种石墨烯包覆的磷酸铁锂及其制备方法，其方法包括：S1、采用去离子水与氧化石墨烯混合制得氧化石墨烯分散液，将氧化石墨烯分散液与氮源混合，得到混合物A；S2、采用去离子水与锂源、磷源和铁源混合制得锂源分散液、磷源分散液和铁源分散液，再将制得的锂源分散液、磷源分散液和铁源分散液依次加入混合物A中，搅拌得到混合物B；S3、将混合物B干燥，得到氮掺杂石墨烯包覆的磷酸铁锂前驱体；S4、将氮掺杂石墨烯包覆的磷酸铁锂前驱体预热，烧结，得到氮掺杂石墨烯包覆的磷酸铁锂正极材料。然而，单纯使用氮掺杂石墨烯进行表面包覆存在成本高、石墨烯不易分散，不易实现均匀包覆，从而导致包覆效果不理想，降低产品的体积比能量，最终影响磷酸铁锂的电化学性能的问题，这限制了其在电极材料包覆的应用。中国发明专利，一种氧化钛修饰磷酸铁锰锂正极材料的制备方法(申请公布号，CN 105406067 A)，将钛源与有机溶剂进行磁力搅拌混合，然后与磷酸铁锰锂混合均匀，干燥后高温煅烧获得氧化钛修饰的磷酸铁锰锂正极材料，1C倍率下循环150周后容量保持率为97.6％。文章“Y₂O₃-decorated LiNi0.8Co0.15Al0.05O2cathode material with improved electrochemical performance for lithium-ionbatteries(Journal of Electronnalytical Chemistry,2019,848:113326)”采用Y₂O₃对LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极材料进行修饰，当Y₂O₃含量为1wt％时，0.5C倍率下循环50周后放电比容量为181mAh/g，而未被Y₂O₃修饰的LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极材料，相同测试条件下的放电比容量仅为134mAh/g。

上述氮掺杂石墨烯、氧化钛、Y₂O₃等对锂离子电池正极材料进行包覆和修饰，虽然能在一定程度上提高其电化学性能，但是，随着人们对锂离子电池电化学性能的更高使用需求，还需要开发高性能正极材料改性剂对正极材料进行修饰改性，进一步提高正极材料的能量密度、倍率性能、循环稳定性和使用寿命等综合电化学性能。

发明内容