[发明专利]一种锂离子电池所用三元材料的改性方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体的说是一种锂离子电池所用三元材料的改性方法，其首先将三元材料放置于生长腔中，并加热到预设温度，并在所述生长腔室中引入含有催化元素的气体，之后在所述生长腔室中通入碳源，在三元材料之间生长出石墨烯，之后将制备出的材料放置于双氧水混合溶液中浸泡、过滤、干燥得到改性三元材料。本发明通过引入气态催化元素催化方式，三元材料空隙间快速生长高质量石墨烯，避免了石墨烯的团聚，能够提高石墨烯的生产产量，同时通过浸泡可以降低材料表面的活性，从而降低副反应的发生机率，其制备出的三元材料具有导电率高、循环性能优异及其低温性能好等特点，尤其适合于电动汽车等领域。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体的说是一种锂离子电池所用三元材料的改性方法。

背景技术

在目前的动力锂离子电池正极材料中，镍钻锰酸锂三元材料(NCM)，即镍钻锰酸锂三元层状正极材料，其化学式为LiNi_1-X-yCo_XMn_yO₂，由于Ni、Co和Mn三种元素的协同效应，具有放电比容量高、能量密度高、成本较低和环境友好等优点，成为近年来市场需求的主流材料。而又以高镍三元材料（比如LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂)综合了LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂三种锂离子电池正极材料的优点，其性能好于以上任一单一组分正极材料，存在明显的协同效应。该体系中，材料的电化学性能及物理性能随着这三种过渡金属元素比例的改变而不同。引入Ni，有助于提高材料的容量，但是Ni²⁺含量过高时，与Li⁺的混排导致循环性能恶化。通过引入Co，能够减少阳离子混合占位，有效稳定材料的层状结构，降低阻抗值，提高电导率，但是当Co比例的增大到一定范围时会导致容量变低。引入Mn，不仅可以降低材料成本，而且还可以提高材料的安全性和稳定性。正是由于NCM三元材料的循环性能优异、比能量高，相对低毒、倍率性能好，被认为是最有潜力的纯电动车和储能用锂离子电池电池正极材料。但是镍钻锰酸锂正极材料，尤其是高镍三元正极材料，也存在着缺陷，由于材料表面微结构在首次充电过程中的变化，造成三元材料为正极材料的电池首次充放电效率不高，首效一般都小于90%，同时其材料表面会与电解液发生副反应，造成其循环性能下降。因此通过材料表面改性在提高材料克容量的同时，材料的循环性能及其倍率性能也能得到改善。比如专利（CN104157845A）公开了一种氧化石墨烯有机溶剂制备石墨烯复合三元材料的方法，其主要通过有机液相法在三元材料表面包覆氧化石墨烯溶液，提高其材料的倍率性能，但是由于石墨烯包覆均匀性差及其片状石墨烯团聚等问题造成其材料的一致性差及其吸液能力偏差，其对材料的循环性能改善不大，造成其材料的综合性能偏差，因此开发出一种倍率性能佳、循环性能高等综合性能佳的三元正极材料显得非常必要。

发明内容

针对目前三元材料倍率性能及其循环性能差等方面存在的缺陷，本发明的目的是通过气相沉积法在三元材料表面和内部沉积石墨烯，制备出三元复合材料，并进行材料造孔提高材料的吸液能力及其循环性能。

一种锂离子电池所用三元材料的改性方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

Ⅰ、首先将三元材料放入生长腔中，同时将所述催化元素的液态化合物或液态单质放置于所述生长腔室中，并通入惰性气体将生长腔中的空气排出腔内；

所述的三元材料为LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂（1≥x≥0.6,0.4≥y≥0.1）

Ⅱ、之后将液态化合物或液态单质加热到预设温度以使所述液态化合物或液态单质蒸发从而在所述生长腔室中引入含有催化元素的气体；