[发明专利]一种锂离子电池用含镍层状正极材料/碳复合材料及其制备方法

说明书

一种锂离子电池用含镍层状正极材料/碳复合材料及其制备方法。含镍层状正极材料的化学式为Li_aNi_bM_cQ_dO_e，其中M为Co、Mn、Al、Ti、Fe、Cr、Cu、Zr、Mg、Zn中一种或两种以上的组合，Q为S、P、Si、B中一种或两种以上的组合，且0.95≤a1.6，0b≤1，0≤c1，0≤d0.2，1.95e2.5，制备方法包括以下步骤：(1)将碳材料、含镍层状正极材料加入到分散介质中，进行预分散，形成含镍层状正极材料/碳复合浆液；(2)将步骤(1)所得浆液进行超高速分散直至形成的分散液的粘度10‑10000mPa·s，D50为10nm～40μm；(3)将步骤(2)中形成的分散液进行干燥，得到所述的含镍层状正极材料/碳复合材料。本发明的方法制备过程简单，重复性好，适合大规模生产，制得材料性能优异。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池用含镍层状正极材料/碳的复合材料及其制备方法。

背景技术

近些年，随着电动汽车的需求率的逐渐增加，其对动力电池的要求越来越高，而正极材料对其性能有着至关重要的作用。因此，就需要不断提高正极材料的性能，进而提升锂离子电池在新能源汽车中的应用。

常用的锂离子电池正极材料主要包括钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料、富锂固溶体材料等。其中，高镍型三元材料、富锂固溶体材料等含镍层状正极材料因放电比容量高、成本低等特点成为动力电池的首选正极材料。但是，该材料的电子电导率低，导致该材料在大倍率下的放电性能较差，从而限制了其在动力电池中的应用。

目前，研究者为了提高含镍层状正极材料的大倍率放电性能，通常采用的手段包含掺杂、表面处理等。掺杂主要是利用过渡金属替代一部分的Ni，以达到稳定结构、提高性能的目的。研究者常用金属氧化物(如Al₂O₃、ZrO₂、ZnO、TiO₂等)、金属氟化物(AlF₃、CaF₂、SrF₂等)、磷酸盐类(FePO₄、MnPO₄)等进行表面包覆，经表面包覆后，材料的表面不容易被电解液破坏，从而提高材料在循环过程中的稳定性。但这些方法对提高含镍层状结构正极材料的大倍率放电性能是有限的，后来开发的在材料进行表面包覆碳或者与碳复合，大幅提高了材料的大倍率放电性能。

目前，研究者主要采用以下几种方法实现对含镍层状正极材料的碳包覆：

1)碳源反应，选择如蔗糖等碳源，与含镍层状正极材料在液相中搅拌干燥后，进行低温热处理，除去表面残余物质，得到碳包覆的含镍层状正极材料(Journal ofPowerSources 171(2007)917–921，CN201611175207.8，厦门大学学报(自然科学版)2008,47,224-227)。Hyun-Soo Kim等采用蔗糖为碳源，对LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂进行湿法包覆，包覆后进行低温处理，在材料表面形成碳层，当包覆量为1wt％时，LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂的倍率性能得到提高。吴晓彪等以蔗糖为碳源，采用化学法在Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂的表面包覆碳，材料在1C下的放电比容量从未包覆的189.5mAh/g，提高到包覆后的206.4mAh/g。使用此种方法，对碳含量的可控性不高，而且在热处理过程中，在碳的催化下容易使得含镍层状结构正极材料中的金属元素还原，从而影响材料的导电性。