[发明专利]一种三维多孔结构的纳米碳/钛酸锂复合包覆正极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂电池材料技术领域，提供了一种三维多孔结构的纳米碳/钛酸锂复合包覆正极材料的制备方法。该方法将黄原胶和含钛化合物混合制备黄原胶复合二氧化钛混合液，然后加入正极材料，剧烈搅拌反应完全后，经冷冻、真空干燥、与锂盐混合后预烧、退火，得到三维多孔结构的纳米碳/钛酸锂复合包覆正极材料。与传统方法相比较，本发明制备的三维多孔结构的纳米碳/钛酸锂复合包覆正极材料，通过形成碳纳米纤维/钛酸锂纳米颗粒复合材料均匀包覆在正极材料的表面，具有良好的循环稳定性、倍率性能、安全性能、有效抑制电化学阻抗的优点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种复合包覆的锂电池正极材料的制备方法。

背景技术

随着 3C 电子产品以及储能、交通等领域的迅速发展，锂离子电池的应用空间也越来越大。特别是随着新能源汽车产业化的扩大，混合动力汽车、全电动汽车的发展已成为必然，在这方面，开发安全环保、性能优异的新能源材料逐渐成为国际上的研究热点。但是，锂离子电池正极材料在比容量以及安全性方面存在较多缺陷，这会严重影响整个电池的性能。

正极材料作为电池核心部件之一，其成本约占整个锂离子电池系统成本的25%左右。在目前众多正极材料中，三元材料凭借其高能量密度、低成本、环保等优点得到了越来越多的研究者的关注，但其在实际应用中仍存在一些问题需要解决。例如： ①由于Ni²⁺与Li⁺半径接近，在充放电过程中会发生Li⁺/Ni²⁺混排现象，这将会促进原子重排和无序相形成，导致材料由层状结构向尖晶石结构和岩盐相结构转变，从而造成材料电化学性质严重衰减。②材料表面的残碱(Li₂CO₃和LiOH)会阻碍Li⁺和电子的传输，从而导致材料容量衰减，其还易与电解液反应，导致电池高温胀气现象。③在充电过程中，Ni⁴⁺有很强的还原性，随着Ni⁴⁺含量的增加，容易发生Ni⁴⁺向Ni³⁺或Ni²⁺的转变的还原反应。为了补偿材料中电荷的损失，O^2- 将被氧化并以氧气的形式释放，导致正极材料的稳定性变差。

针对以上不足，目前最为常用的改性方法是掺杂和包覆。

包覆可以减少三元正极材料与电解液的直接接触面积，从而有效抑制正极材料表面被电解液溶解及其中的高价过渡金属离子和电解液之间的副反应，以达到改善三元正极材料的热稳定性及循环性能的目的。

碳包覆的正极材料可以有效提高材料表面的电子导电能力，从而减少充放电过程中的极化现象，极大提高材料的倍率性能。目前碳包覆三元正极材料的工艺通常有：化学气相沉积法，但是在使用该法的制备过程中采用的过高沉积温度会使碳包覆的三元正极材料产生氧化还原反应，生成杂相，影响锂离子电化学性能；机械混合法，将颗粒型的三元正极材料和颗粒型的导电碳机械地球磨混合。中国专利CN104466163A公开了一种碳包覆的锂离子电池正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将正极材料Li_1.8Mn_0.8Co_0.2O_2.8与碳源置于乙醇和水的混合物中进行球磨；球磨后的混合物经干燥、研磨后，在一定热处理温度下保温，冷却后得到碳包覆的锂离子电池正极材料。这种混合方式制备出来的包覆层往往是不完全包覆的，且存在正极材料与碳接触不良的缺陷。