一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)合成石墨型氮化碳，将三聚氰胺粉末制备得到黄色块体状的石墨型氮化碳，然后被剥离成薄片状的石墨型氮化碳，形成均匀的石墨型氮化碳分散液；(2)合成锂离子电池正极材料分散液，将锂离子电池层状正极材料溶解到锂离子电池层状正极材料分散液；(3)合成表面包覆的锂离子电池正极材料将锂离子电池层状正极材料分散液加入到石墨型氮化碳分散液混合搅拌，然后抽滤，烘干，研磨，即得表面包覆的锂离子电池正极材料。本发明专利技术的制备方法具有安全性好、比容量高、成本低廉和循环性能优的特点。

Surface coating modified lithium ion battery layered positive electrode material and preparation method thereof

The invention discloses a surface coating modification of layered cathode material of lithium ion battery and its preparation method, which comprises the following steps: (1) the synthesis of graphitic carbon nitride, the melamine powder was prepared by graphite carbon nitride yellow blocks, and then stripped into graphitic carbon nitride thin sheet, forming graphite type of carbon nitride dispersed liquid; (2) synthesizing lithium ion battery anode material dispersion, the layered cathode material of lithium ion battery layered cathode materials for lithium ion batteries dissolved into dispersion; (3) the synthesis of surface coating of cathode materials for lithium ion batteries will be layered cathode materials for lithium ion batteries into the graphite dispersion type nitride carbon dispersion mixing and filtering, drying, grinding, which was coated on the surface of the cathode materials for lithium ion batteries. The preparation method of the invention has the advantages of good safety, high specific capacity, low cost and excellent cycle performance.

【技术实现步骤摘要】
一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池正极材料
，具体为一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池是一种在锂电池基础上发展起来的一种新型电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。其电化学性能主要取决于电极材料，电极材料的选择与质量直接决定着锂离子电池的特性与价格。然而长期以来，锂离子电池正极材料是限制锂离子电池发展的关键因素，且直接影响着电池的能量密度和比功率特性。目前商业化的锂离子电池正极材料一般都使用钴酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂和三元材料等，但是他们在环境友好、循环稳定性等方面存在很多缺点，这也制约了他们的产业化应用。层状结构的含锂金属氧化物如镍钴锰双眼材料、钴酸锂等正极材料因电导率较高、倍率性能较好、理论比容量高而被广泛应用，但是它们在常规4.2V的充电电压实际能够放出的比容量只有140~160mAh/g，如要获得更高比容量，则需充电至4.35V以上。传统层状氧化物正极材料在高电压譬如4.35V以上的充电条件下循环过程中容量损失较多，循环稳定性差，不能满足商业化应用，且存在较大的安全隐患。。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料及其制备方法，具有安全性好、比容量高、成本低廉和循环性能优的特点。本专利技术可以通过以下技术方案来实现：本专利技术公开了一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)合成石墨型氮化碳将三聚氰胺粉末加热到550℃热聚合4h，升温速度20℃/min，得到黄色块体状的石墨型氮化碳，然后将石墨型氮化碳放入烧杯中，加入200ml甲醇溶液超声分散5h，块体状的石墨型氮化碳碳被剥离成薄片状的石墨型氮化碳，形成均匀的石墨型氮化碳分散液；(2)合成锂离子电池正极材料分散液首先将锂离子电池层状正极材料加入到100ml甲醇溶液中25℃搅拌分散1h，转速为500r/min，得到锂离子电池层状正极材料分散液；(3)合成表面包覆的锂离子电池正极材料将锂离子电池层状正极材料分散液加入到石墨型氮化碳分散液中25℃搅拌24h,转速为700r/min，然后抽滤，烘干，研磨，即得表面包覆的锂离子电池正极材料。进一步地，所述块体石墨型氮化碳的质量为电极材料的0.5%～5%。进一步地，所述锂离子电池正极材料为钴酸锂、锰酸锂和/或镍钴锰三元材料。一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料，采用以上的制备方法制备得到。本专利技术一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料的制备方法，具有如下的有益效果：第一、安全性好，本专利技术的表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料，其包覆的石墨型氮化碳呈化学惰性，在高温高压下稳定性好，能有效的阻止正极材料金属氧化物的部分分解（这些分解产生的产物对电解液的催化分解会导致电池胀气、爆炸等不安全问题),从而提高电池高压下的循环稳定性和安全性能；第二、比容量高，适量的石墨型氮化碳具有嵌锂功能，有利于充放电过程中锂离子的运输，从而提高了锂离子电池的比容量；第三、成本低廉，本专利技术的表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料，由于其制备过程中所用的原材料是价格低廉的氮化碳，且来源广泛，因此其具有制备成本低的特点；第四、循环性能优，本专利技术的表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料制作成锂离子电池使用时，与传统的锂离子电池正极材料作对照，在应用实施例和应用对照实施例的测试中可以很直观的发现，比容量和循环稳定性都有很大的提高，因此，该表面包覆修饰的锂离子电池正极材料作锂离子电池正极极片使用具有比容量高、循环稳定性好和安全性能好等优点。附图说明图1为实施例1～4、对比例1的循环性能曲线图。图2为实施例5的首次、50次和100次的充放电电压曲线图。图3为实施例6的扫描电镜图。图4为对比例2与实施例6的透射电镜对比图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合实施例及对本专利技术产品作进一步详细的说明。本专利技术公开了一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料，是通过以下制备方法制备的：(1)合成石墨型氮化碳将三聚氰胺粉末加热到550℃热聚合4h，升温速度20℃/min，得到黄色块体状的石墨型氮化碳，然后将石墨型氮化碳放入烧杯中，加入200ml甲醇溶液超声分散5h，块体状的石墨型氮化碳碳被剥离成薄片状的石墨型氮化碳，形成均匀的石墨型氮化碳分散液；(2)合成锂离子电池正极材料分散液首先将锂离子电池层状正极材料加入到100ml甲醇溶液中25℃搅拌分散1h，转速为500r/min，得到锂离子电池层状正极材料分散液；(3)合成表面包覆的锂离子电池正极材料将锂离子电池层状正极材料分散液加入到石墨型氮化碳分散液中25℃搅拌24h,转速为700r/min，然后抽滤，烘干，研磨，即得表面包覆的锂离子电池正极材料。在本专利技术中，所述块体石墨型氮化碳的质量为电极材料的0.5%～5%。在本专利技术中，所述锂离子电池正极材料为钴酸锂、锰酸锂和/或镍钴锰三元材料。为了评估本专利技术所得材料的性能，把所得的正极材料制备成正极极片进行性能测试，具体制备方法为：取0.8g上述制得的锂离子电池正极材料，0.1gSuperP，0.1gPVDF粘结剂，研磨成颜色均匀一致，加入N-甲基吡咯烷酮（NMP）机械搅拌5h，均匀涂于铝箔上，先置于真空干燥箱中80℃普通干燥1h，然后120℃真空干燥12h即制得锂离子电池正极极片。在本专利技术中，所用溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP），分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产；所用三聚氰胺，国药集团化学试剂有限公司生产；所用的PVDF（聚偏氟乙烯）胶黏剂、SuperP采购自深圳科晶有限生产公司。以下结合具体实施例对本专利技术的技术方案进一步进行阐述：同时，以仅包含有523镍钴锰三元材料的正极片作为对比例1，以仅含有钴酸锂材料的正极极片对比对比例2，对比例1与对比例2的极片制作方法和实施例1～8相同。为了进一步评估本专利技术的性能，以实施例1～8、对比例1～2所制得的锂离子电池正极极片为工作电极，以金属锂作为参比电极，以1mol/LLiPF6/EC/DMC(体积比1：1)为电解液，隔膜为UBE3025，组合成扣式电池，在高精度电池性能测试系统（深圳新威尔电子有限公司，型号为CT-3008-5V1mA）上进行电化学测试，测试倍率为0.5C，测试电压范围为2.5~4.4V，测得的数据如表1所示：表1不同实施例性能测试结果实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6实施例7实施例8对比例1对比例2初始可逆比容量(mAh/g)182194181177189197181178142144初次充放电库伦效率(%)89938788869287897976100次循环后比容量(mAh/g)1631801621551711831641609695100次循环容量保持率(%)89.692.889.587.690.592.990.689.967.666.0从表1可以明显看出经表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料，相比传统的商业化的锂离子电池层状正极材料，无论是比容量还是循环稳定性都有明显提高，由此表明采用本专利技术的表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料不仅比容量提高，同时有良好的循环稳定性和安全性能。以上所述，仅为本专利技术的较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)合成石墨型氮化碳将三聚氰胺粉末加热到550℃热聚合4h，升温速度20℃/min，得到黄色块体状的石墨型氮化碳，然后将石墨型氮化碳放入烧杯中，加入200ml甲醇溶液超声分散5h，块体状的石墨型氮化碳碳被剥离成薄片状的石墨型氮化碳，形成均匀的石墨型氮化碳分散液；(2)合成锂离子电池正极材料分散液首先将锂离子电池层状正极材料加入到100ml甲醇溶液中25℃搅拌分散1h，转速为500r/min，得到锂离子电池层状正极材料分散液；(3)合成表面包覆的锂离子电池正极材料将锂离子电池层状正极材料分散液加入到石墨型氮化碳分散液中25℃搅拌24h,转速为700r/min，然后抽滤，烘干，研磨，即得表面包覆的锂离子电池正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)合成石墨型氮化碳将三聚氰胺粉末加热到550℃热聚合4h，升温速度20℃/min，得到黄色块体状的石墨型氮化碳，然后将石墨型氮化碳放入烧杯中，加入200ml甲醇溶液超声分散5h，块体状的石墨型氮化碳碳被剥离成薄片状的石墨型氮化碳，形成均匀的石墨型氮化碳分散液；(2)合成锂离子电池正极材料分散液首先将锂离子电池层状正极材料加入到100ml甲醇溶液中25℃搅拌分散1h，转速为500r/min，得到锂离子电池层状正极材料分散液；(3)合成表面包覆的锂离子电池正极材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔立峰，薛亚楠，康诗飞，孙冠武，金具涛，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44