[发明专利]一种复合四元正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种复合四元正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将四元正极材料与聚乙烯醇溶胶混合得到四元正极浆料；(2)将四元正极浆料与氧化石墨烯分散液混合，经热还原处理得到所述复合四元正极材料。本发明通过聚乙烯醇来使氧化石墨烯包覆在四元正极上，再通过在保护性气氛下热还原获得石墨烯包覆的四元正极，可以获得石墨烯结合状态良好、损伤低的石墨烯包覆层。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种复合四元正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池已广泛应用于电动汽车、 3C电子、储能等领域。目前，新能源汽车在市场上占据了越来越多的份额，但是，新能源汽车若想有进一步的发展并做到完全替代传统燃油车，就需要解决“里程焦虑”的问题，而这就要求新能源汽车的核心部件——动力锂电池具有更高的能量密度。为了满足这一要求，我们要选出一种高能量密度并能稳定工作的正极材料。

目前，在动力电池领域，主要应用的正极为磷酸铁锂和三元层状氧化物材料这两类商业化材料。其中，磷酸铁锂具有成本低、循环性能好、安全性好的优点，但是其容量较低，并且随着工艺的改进，比容量已经越来越接近其理论极限，未来提升空间较小，而且较差的低温性能也限制了其应用范围；三元层状氧化物材料具有良好的容量密度、较好的循环性能和较高的压实密度，并且随着Ni含量的增高，其实际比容量也增高，在解决“里程焦虑”的问题上，三元层状氧化物材料更具有优势。因此，在未来发展中，三元层状氧化物材料也逐渐占据动力电池领域的主流位置。

虽然高镍三元层状氧化物材料具有高的比容量，但是高的Ni含量也使其稳定性变低，这使得高镍材料的循环性能和安全性变差，这极大地影响了其在动力电池领域的应用。因此，如何提升高镍三元层状氧化物材料的稳定性成了一些科学家的研究热点，目前认为掺杂和包覆是提高稳定性的有效手段。其中掺杂元素的引入可以制成四元正极材料进而构建更稳定的正极材料结构；而石墨烯的包覆则可以在抑制副反应的同时提高材料的导电性，更充分地发挥活性材料的性能。

CN105633381A公开了一种石墨烯基复合镍钴铝钛四元正极材料的制备方法，其通过化学共沉淀法制备出镍钴铝钛四元材料；将固体碳源与镍钴铝钛四元材料按质量比为3:0.1-1进行混合、球磨，得到混合物；将混合物通过有机蒸发镀膜仪将其蒸发到硅基体表面，得到样品A；将金属催化剂均匀地蒸镀在样品A的表面，即可得到样品B；将样品B置于石英管中，再置于管式炉中进行真空烧结，即得到完美包覆的石墨烯基镍钴铝钛四元正极材料。

CN113443659A公开了一种湿法掺杂与碳包覆共修饰的四元正极材料及其制备方法，其通过湿法掺杂与碳包覆共修饰的四元正极材料将湿法掺杂与表面包覆两种改性方法相结合，通过共沉淀反应湿法掺杂修饰，掺杂元素分布均匀。

上述方案所述四元正极材料中，石墨烯与正极材料结合状态不佳，并会有部分石墨烯在干燥过程中重新团聚，影响材料性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合四元正极材料及其制备方法和应用，本发明将四元正极材料粉末加入聚乙烯醇水溶胶，通过聚乙烯醇来使氧化石墨烯包覆在四元正极上，通过在保护性气氛下热处理可以最大程度上减少对石墨烯的破坏。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种复合四元正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将四元正极材料与聚乙烯醇溶胶混合得到四元正极浆料；

(2)将四元正极浆料与氧化石墨烯分散液混合，经热还原处理得到所述复合四元正极材料。

本发明通过聚乙烯醇来使氧化石墨烯包覆在四元正极上，再通过在保护性气氛下热还原获得石墨烯包覆的四元正极，可以获得石墨烯结合状态良好、损伤低的石墨烯包覆层。