高镍三元正极材料作为催化剂在制备碳纳米管方面的应用、正极材料及其制备方法、锂电池技术

本发明专利技术涉及一种高镍三元正极材料作为催化剂在制备碳纳米管方面的应用、正极材料及其制备方法、锂电池，属于锂离子电池技术领域。本发明专利技术的应用，包括以下步骤：将高镍三元正极材料置于反应气氛中在300～490℃恒温1～10h；所述反应气氛包括碳源气体；所述高镍三元正极材料为LiNiaCobMn1‑a‑bO2、LiNixCoyAl1‑x‑yO2中的至少一种；其中，0.6＜a＜1、0＜b＜0.3且a+b＜1，0.6＜x＜1、0＜y＜0.3且x+y＜1。本发明专利技术的应用，利用高镍三元正极材料对碳源气体裂解的催化，可以简化在高镍三元正极材料表面生长碳纳米管的工艺，相较于现有技术，能够降低生产成本，提高所得的三元材料纯度。

【技术实现步骤摘要】
高镍三元正极材料作为催化剂在制备碳纳米管方面的应用、正极材料及其制备方法、锂电池
本专利技术涉及一种高镍三元正极材料作为催化剂在制备碳纳米管方面的应用、正极材料及其制备方法、锂电池，属于锂离子电池

技术介绍
近年来，随着石油等不可再生资源的大量消耗和国家对新能源的扶持，使得电动汽车行业得以迅猛发展。自电动汽车问世以来，其对车辆的续航里程和电池的能量密度提出了越来越高的要求，根据中国新能源汽车国家规划发布的《中国制造2025》的目标，要求电池能量密度在2020年达到300Wh/kg，2025年达到400Wh/kg，2030年达到500Wh/kg。为了完成这越来越高的比能量目标，最根本的方法还是得从电极材料上进行突破，研发出具有高的比容量、优越的循环性能的材料迫在眉睫。相比较于在负极材料上进行改进，开发更高容量且循环性能佳的正极材料则显得更为关键，目前市场上大多动力电池生产企业所采用的电池正极材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元材料，但是这些材料都很难同时满足上述要求，因此，开发其他类型尤其是高能量密度正极材料势在必行。当前，为了提升正极材料的能量密度，高镍三元正极材料的研究越来越多，包括镍钴锰和镍钴铝材料，为了改进材料的倍率性能和循环寿命，目前主要有纳米化和碳复合两种方式。材料的纳米化虽然可以提升材料的性能，但是也会增加材料的比表面积，与电解液的接触面积更大，带来更多的副反应，进而影响电池性能。而碳复合则是一种提高正极材料电化学性能的有效手段，它不仅可以有效的抑制电池中一些副反应的发生，提高循环性能，同时还可以提升电极材料的电子电导率，降低电极的极化作用，提升电极材料的倍率性能。磷酸铁锂材料的碳复合技术已经相当完善，已经可以量产，而三元材料的碳复合技术还有待进一步完善，尤其是高镍三元正极材料，在未来发展过程中将具有十分重要的地位。此外，电极浆料的性能也对电池性能有较大影响，由于浆料的各个组成部分物理化学性能的差别，导致合浆过程中颗粒结团、碳导电剂分布不均匀的现象。均匀分散的电极浆料可以使得电极各处的内阻均匀，有利于电池充放电过程中活性物质性能的发挥。现有技术中，申请公布号为CN101527353A的中国专利技术专利公开了一种锂离子电池正极复合材料制备方法，该方法先按照正极活性物质层状型锂镍钴锰氧化物LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2∶催化剂二茂铁质量比为100∶10的比例，将LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和二茂铁溶解在丙酮中并且混和搅拌均匀，制成浓度为10g/ml混和溶液；然后加热蒸发除掉溶剂，再采用化学气相沉积法制备出单壁碳纳米管与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2复合的锂离子电池正极材料。这种在通过化学气相沉积法在锂镍钴锰氧化物LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2表面包覆碳纳米管的方法工艺复杂，而且所得正极材料含有杂质，影响正极材料性能的发挥。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高镍三元正极材料作为催化剂在制备碳纳米管方面的应用，能够简化碳复合高镍三元正极材料的制备方法。本专利技术还提供了一种碳复合三元正极材料及其制备方法、以及采用所述碳复合三元正极材料的锂离子电池。为了实现以上目的，本专利技术的高镍三元正极材料作为催化剂在制备碳纳米管方面的应用所采用的技术方案是：一种高镍三元正极材料作为催化剂在制备碳纳米管方面的应用，包括以下步骤：将高镍三元正极材料置于反应气氛中在300～490℃恒温0.5～20h；所述反应气氛包括碳源气体；所述高镍三元正极材料为LiNiaCobMn1-a-bO2、LiNixCoyAl1-x-yO2中的至少一种；其中，0.6＜a＜1、0＜b＜0.3且a+b＜1，0.6＜x＜1、0＜y＜0.3且x+y＜1。本专利技术的高镍三元正极材料作为催化剂在制备碳纳米管方面的应用，无需在镍三元材料中掺入催化剂或催化剂的前驱体，将高镍三元正极材料置于反应气氛中，在300～490℃下进行保温即可实现碳源气体的裂解，可以简化在高镍三元正极材料表面生长碳纳米管的工艺，相较于现有技术，降低了生产成本，提高了所得的碳复合高镍三元正极材料的纯度。所述碳源气体为甲烷、乙烷、乙炔、丙炔中的至少一种。优选的，所述反应气氛还包括载气。所述反应气氛的流量为8～15mL/min，所述碳源气体与载气的体积比为5～15:80～100。每10g高镍三元正极材料对应采用的反应气氛的流量为8～15mL/min。采用载气可以提高反应的安全性。所述载气为Ar、N2中的一种。优选的，所述反应气氛的流量为10mL/min，所述碳源气体与载气的体积比为10:90。每10g高镍三元正极材料对应采用的反应气氛的流量为10mL/min。所述高镍三元正极材料的粒径D50为1～20μm。进一步优选的，所述高镍三元正极材料的D50为8μm。优选的，所述高镍三元正极材料为LiNiaCobMn1-a-bO2、LiNixCoyAl1-x-yO2中的至少一种；其中，0.65≤a≤0.9、0.05≤b≤0.2且a+b＜1，0.65≤x≤0.9、0.05≤y≤0.2且x+y＜1。进一步优选的，所述高镍三元正极材料为LiNiaCobMn1-a-bO2、LiNixCoyAl1-x-yO2中的至少一种；其中，0.8≤a≤0.82、0.1≤b≤0.12且a+b＜1，0.8≤x≤0.82、0.1≤y≤0.12且x+y＜1。优选的，所述恒温的时间为1～10h。所述恒温的温度为400℃。进一步优选的，所述恒温的时间为3h。本专利技术的碳复合三元正极材料所采用的技术方案为：一种碳复合三元正极材料，包括高镍三元正极材料和生长在高镍三元正极材料表面的碳纳米管，所述高镍三元正极材料为LiNiaCobMn1-a-bO2、LiNixCoyAl1-x-yO2中的至少一种；其中，0.6＜a＜1、0＜b＜0.3且a+b＜1，0.6＜x＜1、0＜y＜0.3且x+y＜1。本专利技术的碳复合三元正极材料，能够简化合浆工艺，提高三元材料本身的电子导电性以及浆料制备过程中碳纳米管分布的均匀程度，进而减小锂离子电池内阻，抑制电极材料的副反应，并能提高锂离子电池的容量、循环性能和倍率性能。所述碳纳米管的质量为所述碳复合三元正极材料的质量的1～20％。碳复合三元正极材料中碳纳米管的含量过多会不利于高镍三元正极材料的克容量性能发挥。进一步优选的，所述碳纳米管的质量占所述碳复合三元正极材料的质量百分比不超过3％。优选的，所述高镍三元正极材料为LiNiaCobMn1-a-bO2、LiNixCoyAl1-x-yO2中的至少一种；其中，0.65≤a≤0.9、0.05≤b≤0.2且a+b＜1，0.65≤x≤0.9、0.05≤y≤0.2且x+y＜1。进一步优选的，所述高镍三元正极材料为LiNiaCobMn1-a-bO2、LiNixCoyAl1-x-yO2中的至少一种；其中，0.8≤a≤0.82、0.1≤b≤0.12且a+b＜1，0.8≤x≤0.82、0.1≤y≤0.12且x+y＜1。所述碳源气体为甲烷、乙烷、乙炔、丙炔中的至少一种。所述高镍三元正极材料的粒径D50为1～20μm。进一步优选的，所述高镍三元正极材料的D50为8μm。本专利技术的碳复合三元正极材料的制备方法所采用的技术方案为：一种碳复合三元正极材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高镍三元正极材料作为催化剂在制备碳纳米管方面的应用，其特征在于：包括以下步骤：将高镍三元正极材料置于反应气氛中在300～490℃恒温0.5～20h；所述反应气氛包括碳源气体；所述高镍三元正极材料为LiNiaCobMn1‑a‑bO2、LiNixCoyAl1‑x‑yO2中的至少一种；其中，0.6＜a＜1、0＜b＜0.3且a+b＜1，0.6＜x＜1、0＜y＜0.3且x+y＜1。

【技术特征摘要】
1.一种高镍三元正极材料作为催化剂在制备碳纳米管方面的应用，其特征在于：包括以下步骤：将高镍三元正极材料置于反应气氛中在300～490℃恒温0.5～20h；所述反应气氛包括碳源气体；所述高镍三元正极材料为LiNiaCobMn1-a-bO2、LiNixCoyAl1-x-yO2中的至少一种；其中，0.6＜a＜1、0＜b＜0.3且a+b＜1，0.6＜x＜1、0＜y＜0.3且x+y＜1。2.根据权利要求1所述的高镍三元正极材料作为催化剂在制备碳纳米管方面的应用，其特征在于：所述碳源气体为甲烷、乙烷、乙炔、丙炔中的至少一种。3.根据权利要求1所述的高镍三元正极材料作为催化剂在制备碳纳米管方面的应用，其特征在于：所述高镍三元正极材料的粒径D50为1～20μm。4.根据权利要求1所述的高镍三元正极材料作为催化剂在制备碳纳米管方面的应用，其特征在于：所述高镍三元正极材料为LiNiaCobMn1-a-bO2、LiNixCoyAl1-x-yO2中的至少一种；其中，0.8≤a≤0.82、0.1≤b≤0.12且a+b＜1，0.8≤x≤0.82、0.1≤y≤0.12且x+y＜1。5.一种碳复合三元正极材料，其特征在于：包括高镍三元正极材料和生长在高镍三元正极材料表面的碳纳米管，所述高镍三元正极材料为LiNiaCobMn1-a-bO2、LiNixCoyAl1-x-yO2中的至少一种；其中，0.6＜a＜1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王纯德，李明露，杨军帅，宋文锋，怀永建，
申请(专利权)人：中航锂电洛阳有限公司，中航锂电技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41