[发明专利]一种等离子体联合硫酸盐的三元电池正极材料制备方法

说明书

本发明涉及电池正极材料技术领域，且公开了一种等离子体联合硫酸盐的三元电池正极材料，含炔基和咔唑结构单元的对咔唑基二乙炔基苯，经过二甲氧基甲烷交联，在镍钴锰酸锂表面生成咔唑基交联聚合物的包覆层，咔唑基交联聚合物含有咔唑氮杂环、刚性芳环和炔基，碳含量高，通过高温碳化得到结构稳定的氮掺杂碳层，并通过氨气等离子体表面改性，进一步提高碳层表面的氮含量，使氮掺杂碳层具有丰富的石墨氮、吡咯氮等含氮官能团，提高了碳包覆层的导电性和电化学性能，进一步通过过硫酸铵氧化，在氮掺杂碳层表面生成含氧官能团，有利于提高氮掺杂碳层包覆镍钴锰酸锂在电解液在的浸润性，促进表面传质过程。

技术领域

本发明涉及电池正极材料技术领域，具体为一种等离子体联合硫酸盐的三元电池正极材料。

背景技术

锂电池主要由正极、负极、电解液、隔膜等制成，其中正极材料对锂电池的电化学性能影响很大，目前锂电池正极材料主要由磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂等，其中镍钴锰酸锂比容量高、安全性好、环保无污染，在锂电池三元正极材料中有着广泛的应用，如专利《一种氮掺杂碳包覆三元正极材料及其制备方法》，公开了通过柠檬酸和聚乙烯吡咯烷酮包覆的三元正极材料，煅烧得到氮掺杂碳包覆三元正极材料的电化学性能优异；如专利《氮掺杂介孔碳包覆的锂离子电池三元正极材料的制备方法》，公开了聚苯胺聚合物包覆锂离子电池三元正极材料，煅烧得到氮掺杂介孔碳包覆的锂离子电池三元正极材料具有较好的循环稳定性和大倍率放电性能，本发明旨在合成的一种新型咔唑基交联聚合物包覆镍钴锰酸锂和氮掺杂碳包覆镍钴锰酸锂，比容量高，循环性能优越。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种等离子体联合硫酸盐的三元电池正极材料。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种等离子体联合硫酸盐的三元电池正极材料，制备方法为以下步骤：

（1）将3-溴-9-苯基-9H-咔唑和对二乙炔基苯溶解到甲苯和三乙胺、四(三苯基膦)钯和碘化亚铜中，再进行加热回流反应，反应后冷却减压蒸馏，乙醚和去离子水洗涤后，加入乙酸乙酯重结晶，制得对咔唑基二乙炔基苯（C46H28N2）。

（2）将对咔唑基二乙炔基苯溶解到1,2-二氯乙烷中，加入镍钴锰酸锂并超声分散，加入三氯化铁和二甲氧基甲烷，加热至70-90 ℃反应15-30 h，反应后冷却，减压蒸馏，依次通过二氯甲烷、丙酮、去离子水和甲醇洗涤，制得咔唑基交联聚合物包覆镍钴锰酸锂。

（3）将咔唑基交联聚合物包覆镍钴锰酸锂置于气氛管式炉中，在氮气氛围下升温至700-800 ℃碳化2-4 h，制得氮掺杂碳包覆镍钴锰酸锂。

（4）将氮掺杂碳包覆镍钴锰酸锂放入介质阻挡等离子体反应装置中，进行氨气介质阻挡放电等离子体改性3-10 min，氨气流速为10-30 mL/min，制得氨气等离子体改性氮掺杂碳层包覆镍钴锰酸锂。

（5）将氨气等离子体改性氮掺杂碳层包覆镍钴锰酸锂置于过硫酸铵水溶液中，在30-50 ℃搅拌进行活化2-4 h，过滤，去离子水洗涤，制得等离子体联合硫酸盐改性的三元电池正极材料。

优选的，所述步骤（1）中3-溴-9-苯基-9H-咔唑、对二乙炔基苯、四(三苯基膦)钯和碘化亚铜的重量比例为480-560:100:40-65:12-22。

优选的，所述步骤（1）中反应在65-80 ℃中搅拌回流12-36 h。

优选的，所述步骤（2）中对咔唑基二乙炔基苯、镍钴锰酸锂、三氯化铁和二甲氧基甲烷的重量比例为100:600-1400:80-140:45-60。

优选的，所述步骤（5）过硫酸铵水溶液的浓度为18-30%。

（三）有益的技术效果