[发明专利]碳包覆三元材料及其制备方法

说明书

本发明提出的一种碳包覆三元材料及其制备方法，以多次球磨的方式使三元材料与碳材料结合，形成碳包覆三元材料。本发明避免了低氧分压气氛下的热处理过程，防止三元材料被部分还原，避免了由此造成的电化学性能破坏。由本发明制得的碳包覆三元材料，具有良好的电子导电性，碳包覆可避免正极材料与电解液直接接触，减少过渡金属离子溶出，减缓充电状态下正极材料对电解液的氧化，减轻电解液中锂盐分解产生的氢氟酸等对正极的腐蚀，提高了正极材料的倍率性能、循环性能及高温存储性能。

技术领域

本发明涉及到锂电池材料领域，特别是涉及到一种碳包覆三元材料及其制备方法。

背景技术

锂离子动力电池是新能源汽车的核心零部件，其性能的优劣直接关系到新能源汽车的顺利推广以及新能源汽车行业的未来。而广阔的新能源汽车市场也能带动锂离子电池产业的蓬勃发展。

正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能对锂离子电池性能至关重要。在各种正极材料中，三元正极材料凭借其较高的能量密度，成为新能源汽车(特别是乘用车型)车用锂离子动力电池的首选正极材料，也成为现阶段产业界的开发重点。

但是车用动力电池不仅需要拥有高的能量密度，其对电池的功率性能也很高的要求。这就要求电池使用的正极材料也具有优秀的倍率性能。在磷酸铁锂正极材料改性方面的研究显示，碳包覆可以有效的提升磷酸铁锂正极材料的倍率性能，进而提升对应电池的功率性能。

但是，由于三元正极材料，特别是能量密度更高的高镍三元材料，其合成过程需要有较高的氧分压。这与碳包覆的制备过程所需要的惰性气氛是相矛盾的。在高温惰性气氛下对三元材料进行热处理时，三元材料可能会被还原，使材料表面结构遭到损坏，从而破坏材料性能。

现阶段已有的研究人员提出的三元材料碳包覆方法，主要有三种技术路线，分别是：

1、有机碳源和三元材料前驱体复合，在惰性气氛或空气中烧结，如CN201310433513.7公开了一种碳包覆三元正极材料的制备方法及该碳包覆三元正极材料，采用将三元正极材料前驱体和锂化合物加入到导电碳分散体系中，混合均匀，获得混合物，再将混合物在真空条件下烘干后，在密闭条件下或者惰性气体保护的气氛中高温处理，获得碳包覆三元正极材料。CN201510280893.4公开了一种碳包覆三元正极材料的制备方法，往三元正极材料前驱体的悬浊液中加入丙烯酸锂；再加入过硫酸铵进行聚合反应，干燥后进行烧结，得到碳包覆三元正极材料。CN201610884664.8公开了一种碳包覆三元正极材料的制备方法，使三元前驱体形成冠醚晶体后，在惰性气体氛围下受热，然后再在较低温度下与甲烷反应，形成碳包覆三元正极材料。

2、有机碳源与三元正极材料复合后，在惰性气氛或空气中烧结。如CN201510216711.7公开了一种碳包覆镍钴铝三元正极材料的制备方法，将镍钴铝三元正极材料、有机碳源、催化剂混合均匀，置于惰性气氛下，于400～500℃下热处理，后处理后得到所述碳包覆镍钴铝三元正极材料。CN201610387492.3公开了一种碳包覆三元正极材料的制备方法，把前驱体湿法共沉淀包覆技术和高温固相分段烧结技术相结合，同时使用添加助熔剂的方法降低材料的熔点，使前驱体和锂盐处在一个熔融的环境中，最后用蔗糖溶液处理，再经350-400℃的反应器处理，最后收集产物。CN201610978496.9提供了一种镍钴锰酸锂三元材料的改性方法，在碳源气体和保护性气体的条件下，将镍钴锰酸锂材料经过气相沉积后，得到碳包覆的改性镍钴锰酸锂材料。

3、制备多孔碳后，再将三元材料填充入碳空隙。如CN201710449385.3公开了一种碳包覆三元材料的制备方法，将三维花状碳材料与锂锰铝钴材料进行复合，复合条件为：在氮气条件下，加热至150-200℃，保温20-24h，然后进行吹扫，去除未填充入孔道的锂锰铝钴材料，得到碳包覆三元材料。