[发明专利]基于锆氮共掺碳点改性单晶三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于锆氮共掺碳点改性单晶三元正极材料及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：将三元单晶正极材料前驱体与锂源混合，升温烧结制得一次烧结三元单晶材料；所述一次烧结三元单晶材料与天然有机碳源混合后升温烧制，得到碳点包覆的三元单晶正极材料；将硫酸氧锆与所述碳点包覆的三元单晶正极材料溶于水中，加入硫酸进行反应，反应结束后分离出固体，洗涤、干燥后制得改性碳点包覆的三元单晶正极材料；将所述改性碳点包覆的三元单晶正极材料与异佛尔酮二异氰酸酯混合后旋涂于钛基片上，升温烧制得到所述锆‑氮共掺碳点包覆的三元单晶正极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种基于锆氮共掺碳点改性单晶三元正极材料及其制备方法。

背景技术

现阶段，随着乘用车对里程数的不断提高，三元层状材料作为锂离子电池正极材料成为目前研究的热点。此外，由于钴价格持续走高，往更高镍方向发展成为主流方向。高镍三元正极材料虽然可以带来更高的电池容量，但较低的烧结温度造成材料表面存在大量游离锂，极易与环境中H₂O反应，在材料表面生成LiOH和Li₂CO₃，导致材料残碱含量过高，从而影响材料的循环以及界面稳定性。

针对上述技术问题，主流方案是对高镍三元材料通过干法氧化物包覆或水洗来降低材料的残碱，从而提升材料的循环稳定性能。专利申请CN112271282A公开了高镍三元正极材料水洗包覆Al的方法，按质量体积比1g:(1～3)mL将高镍三元正极材料和去离子水混合，加入有机萃取溶剂，搅拌，静置分层，向下层的有机溶剂层加入含铝有机物，然后再进行旋转蒸发，回收溶剂，得到水洗包覆Al的高镍三元正极材料。但水洗改性工艺由于水洗及包覆过程不可控，易造成材料结构缺陷，导致三元正极材料的放电容量降低。专利申请CN110429275A公开了一种碳包覆三元正极材料的制备方法和碳包覆三元正极材料，具体涉及：将干燥的三元正极材料、有机碳源和有机溶剂复合物，置于温度为240～350℃条件下热处理即得。专利申请CN109860534A公开了碳量子点修饰的三元正极材料及其制备方法，通过将三元正极材料与碳源混匀合后采用微波热解法在材料表面生成碳量子点。但微波法制备的碳点极易团聚成微米级团聚体，从而影响碳点的包覆效果。

上述提及的改性方法在不同程度改善了电极材料的电化学性能，但从材料本身性能以及制备方法角度而言，仍有继续提升的空间。

发明内容

为解决现有量产工艺中三元正极材料表面残碱含量高、碳点团聚包覆不均匀、普通的碳包覆对正极材料的金属价态和晶格结构有一定的影响，以及水洗包覆工艺不足等问题，本发明提供一种基于锆氮共掺碳点改性单晶三元正极材料及其制备方法。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供一种基于锆氮共掺碳点改性单晶三元正极材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

将三元单晶正极材料前驱体与锂源混合，升温烧结制得一次烧结三元单晶材料；

将所述一次烧结三元单晶材料与天然有机碳源混合后升温烧制，制得碳点(CDs)包覆的三元单晶正极材料；

将硫酸氧锆与所述碳点包覆的三元单晶正极材料溶于水中，加入硫酸进行反应，反应结束后分离出固体，洗涤、干燥后制得改性碳点包覆的三元单晶正极材料；

将所述改性碳点包覆的三元单晶正极材料与异佛尔酮二异氰酸酯混合后旋涂于钛基片上，升温烧制得到锆-氮共掺碳点包覆的三元单晶正极材料，即为所述基于锆氮共掺碳点改性单晶三元正极材料。