[发明专利]一种石墨烯改性高镍系正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯改性高镍系正极材料的制备方法，具体涉及电池材料技术领域，本发明通过采用掺杂改性，水洗降碱和石墨烯包覆改性方式，在三元正极材料中掺杂Mg，少量的氟掺杂虽然会使首次充放电容量降低，但可以改善材料的循环、倍率性能以及热稳定性，大大提高电子电导率，有利于三元材料倍率循环和倍率性能的提高，采用水洗降碱过程，水洗过程中采用纯水与三元正极材料混合，过程中将三元材料研磨得到粉末，并采用超声方式进行处理，增加纯水与三元材料内部的充分混合接触，增加三元材料内部和表面的残余碱处理效果，同时采用石墨烯包覆改性，有效改善三元正极材料的电子电导率和倍率性能。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种石墨烯改性高镍系正极材料的制备方法。

背景技术

伴随新能源领域对动力锂电池需求的不断增加，动力电池正极材料发展路线也趋于明朗，磷酸铁锂囿于理论能量密度，市场被限制在增速放缓的客车市场，充满潜力的乘用车市场，以三元层状氧化镍钴锰锂NCM811和氧化镍钴铝锂NCA为代表的材料简称高镍正极材料，和以三元层状氧化镍钴锰锂NCM333、NCM523、NCM622等为代表的材料简称三元材料，有望成为未来正极材料的绝对主力。广义范围讲，高镍系正极材料本质上也是三元材料，只不过是Ni含量高的三元材料。

三元材料电子导电性差，不能实现快速充放电，导致其倍率性能及循环稳定性差，限制其在动力电池上的应用。石墨烯具有超强的导电性，若将其添加到锂离子电池正极材料中，可提高材料的倍率性能，石墨烯具有较大的比表面积，可以增大复合材料与电解液的接触面积，提高材料的循环稳定性。

高工产研锂电研究所(GGII)数据统计显示，2017年1～10月份，国内新能源汽车动力电池装机量共计17.7GWh，其中三元材料(含高镍)动力电池达8.6GWh，占比48.59％；磷酸铁锂电池达7.9GWh，占比约44.63％。从科研、实际生产、政策持续、市场反馈角度，今年国内动力电池市场持续增长，并表现出明显的高能量密度的要求，因此在锂离子电池体系中，能量密度更高、生产成本更低的三元、高镍正极材料是发展的必然趋势。

从正极材料的角度而言，镍含量的上升会导致三元材料中li/Ni混排的加剧，缩短循环寿命，镍含量增加的同时会造成三元正极材料的热稳定性降低，更严重的是，镍含量的增加会导致颗粒间碱性杂质残留的大幅上升，进而引起充放电过程中严重的产气，导致电池鼓胀变形、循环及搁置寿命缩短，产生安全隐患，碱性杂质残留，成为制约高镍三元材料在电动车用高能量密度动力电池中应用的关键，因此需要一种石墨烯改性高镍系正极材料的制备方法。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种石墨烯改性高镍系正极材料的制备方法，本发明所要解决的技术问题是：镍含量的上升会导致三元材料中li/Ni混排的加剧，缩短循环寿命，镍含量增加的同时会造成三元正极材料的热稳定性降低，更严重的是，镍含量的增加会导致颗粒间碱性杂质残留的大幅上升，进而引起充放电过程中严重的产气，导致电池鼓胀变形、循环及搁置寿命缩短，产生安全隐患，碱性杂质残留的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种石墨烯改性高镍系正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备高镍正极材料，将高镍三元前驱体和锂源混合均匀，锂离子与金属离子总量的摩尔比为(1.1-1.15)：1，将混合物放入刚玉坩埚中，置于箱式气氛烧结炉中，并向箱式气氛烧结炉中通入氧气，烧结温度控制在830℃-950℃，箱式气氛烧结炉的煅烧时间保持在10-16h，然后得到一次高镍烧结料；

S2、掺杂改性，将上述烧结料放入研钵中干磨5-8min，向研钵中加入含Mg添加剂，随后继续采用湿磨方式25-30min，得到固体粉末后，将固体粉末在氧气氛围下放入烧结炉中进行烧结，烧结过程先升温至500-630℃，煅烧6-8h，随后升高温度至650-730℃，煅烧10-15h，烧结完成后，在氧气环境中将烧结料自然降温冷却，即得到二次高镍烧结料，此时完成对高镍正极材料的掺杂改性；