[发明专利]一种铈掺杂的镍钴铝酸锂/石墨烯复合正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种铈掺杂的镍钴铝酸锂/石墨烯复合正极材料的制备方法，属于锂离子二次电池正极材料的制备技术领域。本发明的技术方案要点为：一种铈掺杂的镍钴铝酸锂/石墨烯复合正极材料的制备方法，包括铈掺杂的镍钴铝酸锂正极材料的合成、碳基体‑石墨烯材料的合成及目标产品铈掺杂的镍钴铝酸锂/石墨烯复合正极材料的合成等步骤。本发明通过铈掺杂有效抑制正极材料与电解液之间的副反应，进而提高锂离子电池的循环稳定性；通过碳基体‑石墨烯包覆能够提高正极材料的电子电导率和离子传输率，进而提高锂离子电池的倍率性能。

技术领域

本发明属于能源与新材料技术领域，涉及一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体涉及一种铈掺杂的镍钴铝酸锂/石墨烯复合正极材料的制备方法。

背景技术

能源是人类社会发展的动力所在，实现能源的可持续发展是人类21世纪面临的严峻挑战。随着传统化石燃料带来的温室效应、环境污染等问题的加剧，开发清洁可再生能源越来越多地受到人们的关注。因此，各种新能源，如太阳能、风能、地热、核能、生物质能、海洋能等，因有可能解决资源短缺与环境污染问题而受到世界各国的支持与推动。而二次电池是化学能和电能之间转换的重要器件，也是合理有效地利用和储存这些新能源的重要媒介。

锂电池作为未来发展的主流动力电池，具有传统电池不具有的诸多优势及较大的技术提升和成本下降空间。由于成本或容量等方面的原因，传统的锂离子电池正极材料(钴系正极材料和锰系正极材料)难以作为大功率动力电池的正极材料，因此开发成本低、容量高的新型正极材料是当今国际的发展趋势，而三元材料镍钴铝酸锂(NCA)作为锂电池正极材料的研究热点之一，具有容量高、热稳定性好、价格相对低廉及毒性较低等优点，但是高镍正极材料在烧结过程中Li⁺与Ni²⁺容易产生阳离子混排，导致正极材料首次不可逆容量增加及循环性能衰退。另外高镍正极材料表面的活性氧阴离子容易与空气中的CO₂和H₂O发生反应生成碳酸根，同时Li⁺从本体迁移到表面并在材料表面生成LiOH和Li₂CO₃，对正极材料的加工性能以及高温贮存性能产生严重的影响。正极材料NCA在宽的电压范围内会与电解液发生强烈的副反应，增加电池在充放电过程中的阻抗，降低材料的电化学性能。由于本身性质的原因，它仍然存在循环稳定性差的缺陷，这在很大程度上也限制了其进一步发展。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种工艺简单且成本低廉的铈掺杂的镍钴铝酸锂/石墨烯复合正极材料的制备方法，该方法制得的双修饰锂离子电池复合正极材料具有较高的倍率性能和循环稳定性。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种铈掺杂的镍钴铝酸锂/石墨烯复合正极材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤S1：将2～3重量份的镍钴氢氧化物前驱体Ni_0.84Co_0.16(OH)₂、0.5～2重量份的LiOH·H₂O、0.03～0.04重量份的Al₂O₃和0.1～0.4重量份的Ce(NO₃)₃·6H₂O球磨1～3h得到均匀混合物料，再将混合物料转移至管式炉中，在氧气气氛下以1～2℃/min的升温速率升温至500～600℃预处理3～5h，再升温至700～800℃烧结6～8h得到铈掺杂的镍钴铝酸锂正极材料；