[发明专利]一种碳包覆掺杂改性锂离子电池三元复合正极材料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种碳包覆掺杂改性锂离子电池三元复合正极材料的制备方法。

背景技术：

近年来，由于锂离子电池具有高能量密度、高比容量和质量轻的特点，在手机、笔记本电脑及电动车这些需高电能作为动力的器件中得到了广泛的应用。而正极材料在锂离子电池产品组成中起着至关重要的作用。

目前，商业锂离子电池主要采用钴酸锂(LiCoO₂)作为正极材料，但是，随着钻资源缺乏、价格昂贵并且其毒性较高，开发少钴或无钴的新型正极材料成为锂离子电池的重要发展方向。自从Ohzuku和Makimura提出将LiN_i1/3Co_1/3Mn_1/3O₂层状过渡金属氧化物替代钴酸锂作为正极材料后，LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂这种具有Ni、Co、Mn三元素协同效应的功能材料引起了国内外广泛的关注。

由于层状三元材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂集中了LiCoO₂、LiMnO₂和LiNiO₂各自的优点，具有高比容量、低成本、循环性能稳定和安全性好等优势。此外，LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂与LiCoO₂同为a-NaFeO₂型层状结构，属于R3m空间，放电范围较宽(2.5～4.6 V)，被认为是最有应用前景的新型锂离子电池的正极材料。为了获得电池性能更加优异的三元正极材料，目前对镍钴锰三元材料的改性主要是对其进行掺杂和包覆。根据晶体化学理论，有时微量外来组元掺杂能够导致晶体缺陷，可以提高离子在体相扩散速率；根据能带理论，对于半导体化合物采用高价或低价离子掺杂可形成p型或n型半导体，从而提高晶体导电率。通过引入某些金属或元素可以增加三元材料离子和电子的导电性，并且可以减少锂镍混排现象，增加其结构稳定性，从而使锂离子电池中金属锂的嵌入或脱出过程不会引起基体材料的崩塌。同时，针对三元材料在高电位下，活性材料容易溶解入电解液中使表面电阻增大导致容量衰减的问题，对三元材料进行表面包覆碳材料或者金属氧化物，可以有效地避免活性材料表面与电解质直接接触，从而减缓活性材料溶解入电解质，阻止充放电过程中阻抗变大，并且薄包覆层对Li ⁺在电极和电解液界面间的嵌入反应并不产生干扰，从而极大地提高材料的循环性能。将三元材料进行碳包覆，由于样品表面包覆一层碳网络层，能够有效地抑制材料粒径增大，从而减小锂离子的扩散路径而提高材料的倍率性能；将材料表面包覆碳材料还可以抑制材料在充放电过程中材料结构上的变化而提高材料的循环性能；此外，碳层的高电导性能够提高材料的导电性，这些碳材料对材料的正向积极作用显著地提高了材料的电化学性能。

目前LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂的制备技术主要有固相合成法、化学沉淀法、溶胶-凝胶法、超声喷雾热解法等。各种方法都有其优缺点，而不同的制备方法导致所制备的化合物在结构、粒子的形貌、比表面积和电化学性质等方面有很大的差别。固相合成法由于煅烧温度高，煅烧时间长，能耗大，锂损失严重，难以控制化学计量比，易形成杂相，因此电化学性能不是很稳定；而化学沉淀法需要大量水洗涤、过滤、操作繁琐、产量低、合成条件对合成产物的结构和性能影响比较大，重复性能不好；溶胶-凝胶法则是合成周期较长，工业化生产的难度较大。

发明内容：

为了弥补现有技术问题，本发明的目的是提供一种碳包覆掺杂改性锂离子电池三元复合正极材料的制备方法，通过将湿化学法和自蔓延低温燃烧法结合，反应时间短、操作简便、生产成本低，并且产品粒径小，电化学性能稳定。

本发明的技术方案如下：

碳包覆掺杂改性锂离子电池三元复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：