一种制备碳包覆镍钴锰酸锂正极材料的方法技术

一种制备碳包覆镍钴锰酸锂正极材料的方法，按质量比1:1～4:1称取NixCoyMnz(OH)2粉末和苯胺单体，将乳化剂溶解于去离子水中，加入NixCoyMnz(OH)2粉末材料搅拌，同时进行超声波分散，得到溶液A；将苯胺单体加入到酸溶液中，搅拌得到溶液B；将溶液B加入到溶液A中，加酸调节溶液PH，再继续磁力搅拌，得到溶液C；将氧化剂加入到酸溶液中搅拌，得到溶液D；将溶液D滴加到溶液C中搅拌，将得到的反应产物抽滤，并用去离子水和乙醇洗涤后进行真空干燥，得到聚苯胺包覆NixCoyMnz(OH)2的复合材料；将复合材料粉末与锂源在行星式球磨机上进行机械球磨后在氧气气氛下焙烧，冷却后即得到碳包覆LiNixCoyMnzO2的复合正极材料C‑LiNixCoyMnzO2。本发明专利技术的复合正极材料用于制备锂离子电池，具有较高的充放电比容量和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种制备碳包覆镍钴锰酸锂正极材料的方法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及用碳包覆镍钴锰酸锂正极材料的方法。
技术介绍
目前，能源与环境问题日益显著，各国研究者都将目光转向了新的可替代能源上。作为新能源、新材料交叉的锂离子电池材料新兴产业，无疑成为了最具发展前景的产业之一。锂电池由于具有工作电压高、自放电小、高容量、循环寿命长、无记忆效应、对环境污染小及安全性高等优点，已经被广泛的应用于手机、计算机、照相机等高档电子产品中。锂离子电池包括五个部分，分别是正、负极材料、电解液、隔膜和外壳，其中，正极材料是最关键的部分，决定着锂离子电池的各项性能和使用寿命。目前锂电池采用的正极材料主要是LiCoO2，其理论放电比容量为274mAhg-1，实际容量仅为140～155mAhg-1，实际容量仅为理论容量的50％左右，钴的利用率低，抗过充电性能差，在较高充电电压下比容量迅速降低。镍钴锰三元复合材料的问世，很大程度上改善了正极材料的放电比容量，可将放电比容量提高至180mAhg-1，其生产成本低、热稳定性和化学稳定性好，是目前最有希望替代LiCoO2的新型正极材料。对于三元复合材料中的层状镍系锂离子电池正极材料LiNixCoyMnzO2来说，虽然拥有较多优点，但也存在不足之处，在电池的充放电过程中，到末期时，层状镍系正极材料中的Ni处于高氧化价态，具有很强的氧化性，会与电解液发生副反应，产生气体、放出热量，破坏电解液的功能，从而导致电池失效。因此，要对层状镍系正极材料采用适当的技术手段进行处理，减少上述不利影响。对镍钴锰三元正极材料进行表面包覆，能够减小材料颗粒与电解液的接触面，抑制材料表面副反应的发生，使LiNixCoyMnzO2的界面具有更优的电化学性能和稳定性能，同时也可提高材料的表面导电率，进而提高材料的倍率性能，最终使LiNixCoyMnzO2正极材料的电化学性能得到改善。当前对LiNixCoyMnzO2进行表面包覆改性，采用的包覆层主要有金属氧化物(三氧化二铝、二氧化锆、二氧化铬、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化铜、五氧化二钒等)；金属氟化物(三氟化铝、氟化锂、氟化钙等)；磷酸盐(磷酸铝、磷酸锂、磷酸锌、磷酸铁锂、磷酸铁钴等)。上述表面包覆改性方法存在以下不足：1)包覆材料本身的电导率较差，包覆后，正极材料整体的导电性得不到较大提高；2)会提高材料整体的过电位，从而降低了比容量；3)包覆层厚薄不均匀。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，提供一种制备碳包覆镍钴锰酸锂正极材料的方法，以提高锂离子电池正极材料的导电性，使锂离子电池具有较高的充放电比容量和循环性能。本专利技术采取的技术方案如下：一种制备碳包覆镍钴锰酸锂正极材料的方法，方法步骤为：(1)称取NixCoyMnz(OH)2粉末和苯胺单体，NixCoyMnz(OH)2粉末：苯胺单体的质量比为1:1～4:1；所述NixCoyMnz(OH)2材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z＝1；(2)将乳化剂溶解于去离子水中，待完全溶解后，加入NixCoyMnz(OH)2粉末材料，进行磁力搅拌，同时采用超声波发射器进行充分分散，得到溶液A；(3)将苯胺单体加入到酸溶液中，磁力搅拌至苯胺单体充分分散在酸溶液中，得到溶液B；(4)将溶液B加入到溶液A中，于反应釜中搅拌后，加入酸调节溶液PH为1～4，再继续磁力搅拌，使苯胺单体与NixCoyMnz(OH)2充分混合均匀，得到溶液C；整个过程中，保持反应釜循环水浴温度为0～25℃，并通入氮气保护；(5)按质量比苯胺单体：氧化剂为1:2～1:5的比例称取氧化剂，将氧化剂加入到酸溶液中，搅拌至氧化剂完全溶解，得到溶液D；(6)使用蠕动泵将溶液D缓慢滴加入到溶液C中，磁力搅拌3～12h，整个过程中，依然保持反应釜循环水浴温度为0～25℃，并通入氮气保护；(7)将步骤(6)的反应产物抽滤，并用去离子水和乙醇洗涤后进行真空干燥，得到聚苯胺包覆NixCoyMnz(OH)2的复合材料；(8)将步骤(7)干燥得到的粉末与锂源按摩尔比为1.00:1.05的比例在行星式球磨机上进行机械球磨，混合均匀后，在氧气气氛下进行焙烧，先在450～550℃预烧结5～8h，再在750～900℃烧结10～20h，随炉冷却后即可得到碳包覆LiNixCoyMnzO2的复合正极材料C-LiNixCoyMnzO2。上述步骤(2)所述的乳化剂是十二烷基苯磺酸钠、十六烷基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮、吐温、聚乙二醇、聚氧乙烯失水山梨酸醇单油酸酯和聚乙二醇辛基苯基醚中的任意一种。上述步骤(3)、(4)、(5)所述的酸和酸溶液为盐酸、硫酸、磺基水杨酸和十二烷基苯磺酸中的任意一种。上述步骤(5)所述氧化剂是过硫酸铵、过硫酸钾、三氯化铁、双氧水和二氧化锰中的任意一种。上述步骤(8)所述的锂源是碳酸锂或者氢氧化锂。本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术采用在LiNixCoyMnzO2表面包覆一层碳层，碳具有较高的导电率且制备简单，可提高材料的导电性，最终使比容量和循环性能得到改善；(2)本专利技术通过氧化剂作用，使苯胺单体在NixCoyMnz(OH)2的颗粒表面进行聚合，从而使聚苯胺均匀的包覆在NixCoyMnz(OH)2颗粒表面上，再与锂源按摩尔比为1.00:1.05的比例在行星式球磨机上进行机械混合，在氧气气氛下进行焙烧，在烧结过程中，聚苯胺受热分解出碳包覆在颗粒表面，能够抑制LiNixCoyMnzO2颗粒长大，且形成了导电网络，提供了颗粒之间良好的电接触，制得的复合正极材料包覆层厚度均匀、碳紧密包覆LiNixCoyMnzO2；(3)本专利技术制得的复合正极材料用于制备锂离子电池，相较于无包覆层的正极材料而言，提高了材料的导电性，具有较高的充放电比容量和循环性能。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1一种制备碳包覆镍钴锰酸锂正极材料的方法，方法步骤如下：(1)称取Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2粉末和苯胺单体，Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2粉末：苯胺单体的质量比为4:3；(2)将少量乳化剂聚乙二醇溶解于去离子水中，待完全溶解后，加入Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2粉末材料，进行磁力搅拌1h，同时采用超声波发射器进行充分分散，得到溶液A；(3)将苯胺单体加入到HCl溶液中，磁力搅拌至苯胺单体充分分散在HCl溶液中，得到溶液B；(4)将溶液B加入到溶液A中，于反应釜中搅拌20min后，加入HCl调节溶液PH，使PH＝4，再继续磁力搅拌30min左右，使苯胺单体与Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2充分混合均匀，得到溶液C；整个过程中，保持反应釜循环水浴温度为0℃，并通入氮气进行保护；(5)按质量比苯胺单体：氧化剂为1:4的比例称取氧化剂三氯化铁，将三氯化铁加入到HCl溶液中，搅拌至三氯化铁完全溶解，得到溶液D；(6)使用蠕动泵将溶液D缓慢滴加入到溶液C中，磁力搅拌6h，整个过程中，依然保持反应釜循环水浴温度为0℃，并通入氮气进行保护；(7)将步骤(6)的反应产物抽滤，并用去离子水和乙醇洗涤多次，之后在80℃真空干燥箱中干燥24h，得到聚苯胺包覆Ni0.6Co0.2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备碳包覆镍钴锰酸锂正极材料的方法，其特征在于，方法步骤为：(1)称取NixCoyMnz(OH)2粉末和苯胺单体，NixCoyMnz(OH)2粉末：苯胺单体的质量比为1:1～4:1；所述NixCoyMnz(OH)2材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z＝1；(2)将乳化剂溶解于去离子水中，待完全溶解后，加入NixCoyMnz(OH)2粉末材料，进行磁力搅拌，同时采用超声波发射器进行充分分散，得到溶液A；(3)将苯胺单体加入到酸溶液中，磁力搅拌至苯胺单体充分分散在酸溶液中，得到溶液B；(4)将溶液B加入到溶液A中，于反应釜中搅拌后，加入酸调节溶液PH为1～4，再继续磁力搅拌，使苯胺单体与NixCoyMnz(OH)2充分混合均匀，得到溶液C；整个过程中，保持反应釜循环水浴温度为0～25℃，并通入氮气保护；(5)按质量比苯胺单体：氧化剂为1:2～1:5的比例称取氧化剂，将氧化剂加入到酸溶液中，搅拌至氧化剂完全溶解，得到溶液D；(6)使用蠕动泵将溶液D缓慢滴加入到溶液C中，磁力搅拌3～12h，整个过程中，依然保持反应釜循环水浴温度为0～25℃，并通入氮气保护；(7)将步骤(6)的反应产物抽滤，并用去离子水和乙醇洗涤后进行真空干燥，得到聚苯胺包覆NixCoyMnz(OH)2的复合材料；(8)将步骤(7)干燥得到的粉末与锂源按摩尔比为1.00:1.05的比例在行星式球磨机上进行机械球磨，混合均匀后，在氧气气氛下进行焙烧，先在450～550℃预烧结5～8h，再在750～900℃烧结10～20h，随炉冷却后即可得到碳包覆LiNixCoyMnzO2的复合正极材料C‑LiNixCoyMnzO2。...

【技术特征摘要】
1.一种制备碳包覆镍钴锰酸锂正极材料的方法，其特征在于，方法步骤为：(1)称取NixCoyMnz(OH)2粉末和苯胺单体，NixCoyMnz(OH)2粉末：苯胺单体的质量比为1:1～4:1；所述NixCoyMnz(OH)2材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z＝1；(2)将乳化剂溶解于去离子水中，待完全溶解后，加入NixCoyMnz(OH)2粉末材料，进行磁力搅拌，同时采用超声波发射器进行充分分散，得到溶液A；(3)将苯胺单体加入到酸溶液中，磁力搅拌至苯胺单体充分分散在酸溶液中，得到溶液B；(4)将溶液B加入到溶液A中，于反应釜中搅拌后，加入酸调节溶液PH为1～4，再继续磁力搅拌，使苯胺单体与NixCoyMnz(OH)2充分混合均匀，得到溶液C；整个过程中，保持反应釜循环水浴温度为0～25℃，并通入氮气保护；(5)按质量比苯胺单体：氧化剂为1:2～1:5的比例称取氧化剂，将氧化剂加入到酸溶液中，搅拌至氧化剂完全溶解，得到溶液D；(6)使用蠕动泵将溶液D缓慢滴加入到溶液C中，磁力搅拌3～12h，整个过程中，依然保持反应釜循环水浴温度为0～25℃，并通入氮气保护；(7)将步骤(6)的反应产物抽滤，并用去离子水和乙醇洗涤后进行真...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄惠，汤梦云，黄初涛，
申请(专利权)人：昆明高聚科技有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53