碳包覆的高镍锂离子电池正极浆料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池，具体公开了一种碳包覆的高镍锂离子电池正极浆料及其制备方法，该电池正极浆料作为锂离子电池的主要组成部分，具有较高的放电容量和良好的循环性能，在制备过程中不需要在碳源包覆的情况下长时间焙烧，有效控制材料的一致性，且该制备原料易得，制备方法简单，具有较高的推广应用价值。本发明专利技术克服现有技术中为了得到碳包覆的正极材料而采用在碳源存在的情况下长时间焙烧的工艺，并且克服了该由于超时间焙烧使得过渡金属离子被部分还原使得材料的一致性不易控制的缺陷。

Carbon coated cathode material for high nickel lithium ion battery and preparation method thereof

The invention relates to a lithium-ion battery, in particular to a carbon-coated cathode paste for high-nickel lithium-ion batteries and a preparation method thereof. As a main component of lithium-ion batteries, the battery cathode paste has high discharge capacity and good cycling performance, and does not need to be coated with carbon source during the preparation process. Time calcination can effectively control the consistency of the materials, and the preparation of raw materials is easy to obtain, the preparation method is simple, and has a high value of popularization and application. The invention overcomes the process of long time roasting in the presence of a carbon source in order to obtain a carbon-coated cathode material in the prior art, and overcomes the defect that the consistency of the material is difficult to control due to partial reduction of transition metal ions due to over-time roasting.

【技术实现步骤摘要】
碳包覆的高镍锂离子电池正极浆料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池，具体地，涉及一种碳包覆的高镍锂离子电池正极浆料及其制备方法。
技术介绍
随着电动汽车产业的发展，动力锂离子电池需求量不断增大。然而，动力锂离子电池对电池材料的容量、安全性和循环性等方面的要求更高。目前，市场上的磷酸铁锂和普通三元锂离子电池电池材料已经越来越难以满足动力电池的要求，亟需开发新的锂离子电池正极材料。高镍锂离子电池材料因容量高，价格合适而受到广泛的关注，也被誉为下一代最重要的动力锂离子电池正极材料之一。然而，高镍锂离子电池正极材料的镍含量高，制备条件极为苛刻。在烧结制备过程，难以将大量的+2价的镍离子完全氧化，导致材料中存在缺陷，尤其表现在材料晶体结构中的阳离子混排度高，材料的电化学性能下降，制约着该材料的进一步发展和应用。因此开发低阳离子混排的高镍锂离子电池正极材料，进而提高材料的循环性能是当前动力离子电池市场的迫切需求和研究的热点内容。对于锂离子电池，正极材料是提高其性能的关键性因素之一，具有高安全、低成本优势的正极三元材料备受关注，但是三元正极材料的缺点在于其在高倍率充放电情况下，容量衰减较快，倍率性能不佳。针对其缺点，碳包覆改性研究也日益成为研究者追捧的热点。碳源(如葡萄糖、柠檬酸、蔗糖等)可在正极活性材料表面形成碳层，从而提高其在氧化还原反应中的电荷转移速率且更稳定。表面包碳后三元正极材料的电化学性能有所提高，这是由于包碳后其电子电导率增强，因为碳分布在三元正极材料颗粒表面中有助于电子的转移和减少电池的极化。三元正极材料作为锂离子电池的正极材料，是锂离子电池的重要组成部分，是锂离子电池中成本最高的部分，是影响锂离子电池性能的关键材料。目前，对于包碳改性工艺的研究基本是围绕常规法展开。韩国Hyun-SooKim等人先将聚羧酸钠盐和炭黑放于蒸馏水中进行分散并球磨2h，然后将其在50℃下搅拌2h后获得凝胶；之后将凝胶溶于蒸馏水中，同时加入50g的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2搅拌1h，随后将溶液的pH调节至4～5；最后，将其进行抽滤并在300℃下焙烧3h，得到最终产品LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2/C。国内方面，中科院BinLin等人首先通过将原料在空气中加热到950℃后保温10h，制得多孔的球状LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正极材料；其包碳工艺如下：首先把柠檬酸(作为碳源)溶入无水乙醇中，然后让LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2颗粒在溶液中扩散；在真空环境下，搅拌混合溶液两个小时使柠檬酸充分渗透到LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2颗粒孔隙中；干燥后，把固体化合物以600℃在空气中焙烧，保温0.5h从而得到表面包碳的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料。由于碳是常用的还原剂，焙烧中其与LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2颗粒接触，可能会导致过渡金属离子被还原为低价态，从而，使烧结过程中，已得到优化的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2的性能被损害。上述两种工艺，由于焙烧时间较长，这种不利影响难于控制，导致所得材料的性能一致性难于控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中为了得到碳包覆的正极材料而采用在碳源存在的情况下长时间焙烧的工艺，并且克服了该由于超时间焙烧使得过渡金属离子被部分还原使得材料的一致性不易控制的缺陷，本专利技术提供了一种碳包覆的高镍锂离子电池正极浆料及其制备方法，该电池正极浆料具有较高的放电容量和良好的循环性能，在制备过程中不需要在碳源包覆的情况下长时间焙烧，有效控制材料的一致性，且该制备原料易得，制备方法简单，具有较高的推广应用价值。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种碳包覆的高镍锂离子电池正极浆料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将化学式为Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2的高镍前驱体、锂源化合物、无机氧化剂进行研磨搅拌，预热，预热后升温，保温，保温后冷却，得前驱材料；(2)于石墨，甘油，二酚基甲烷和冰醋酸的混合物中滴加入浓硫酸，持续混合，得碳源物；(3)将前驱材料加入碳源物中超声混合，加热干燥，得正极活性物质；(4)将正极活性物质、导电剂和粘结剂混合，得高镍锂离子电池正极浆料。本专利技术还提供了一种根据前文所述的制备方法制备得到的碳包覆的高镍锂离子电池正极浆料。通过上述技术方案，本专利技术提供了一种碳包覆的高镍锂离子电池正极浆料及其制备方法，该电池正极浆料适合作为锂离子电池的主要组成部分，具有较高的放电容量和良好的循环性能，在制备过程中不需要在碳源包覆的情况下长时间焙烧，有效控制材料的一致性，且该制备原料易得，制备方法简单，具有较高的推广应用价值。本专利技术克服现有技术中为了得到碳包覆的正极材料而采用在碳源存在的情况下长时间焙烧的工艺，并且克服了该由于超时间焙烧使得过渡金属离子被部分还原使得材料的一致性不易控制的缺陷。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供了一种碳包覆的高镍锂离子电池正极浆料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将化学式为Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2的高镍前驱体、锂源化合物、无机氧化剂进行研磨搅拌，预热，预热后升温，保温，保温后冷却，得前驱材料；(2)于石墨，甘油，二酚基甲烷和冰醋酸的混合物中滴加入浓硫酸，持续混合，得碳源物；(3)将前驱材料加入碳源物中超声混合，加热干燥，得正极活性物质；(4)将正极活性物质、导电剂和粘结剂混合，得高镍锂离子电池正极浆料。通过上述技术方案，本专利技术提供了一种碳包覆的高镍锂离子电池正极浆料及其制备方法，该电池正极浆料适合作为锂离子电池的主要组成部分，该电池正极浆料具有较高的放电容量和良好的循环性能，在制备过程中不需要在碳源包覆的情况下长时间焙烧，有效控制材料的一致性，且该制备原料易得，制备方法简单，具有较高的推广应用价值。本专利技术克服现有技术中为了得到碳包覆的正极材料而采用在碳源存在的情况下长时间焙烧的工艺，并且克服了该由于超时间焙烧使得过渡金属离子被部分还原使得材料的一致性不易控制的缺陷。在本专利技术一种优选的实施方式中，为了得到具有较高的放电容量和良好的循环性能的碳包覆的高镍锂离子电池正极浆料，优选地，高镍前驱体、锂源化合物中Li与无机氧化剂的物质的量之比为1:1.04-1.06:0.05-0.1。在本专利技术一种优选的实施方式中，为了得到具有较高的放电容量和良好的循环性能的碳包覆的高镍锂离子电池正极浆料，优选地，以重量份计，相对于100份的石墨，甘油的用量为20-40份，二酚基甲烷的用量为20-40份，冰醋酸的用量为5-15份，浓硫酸的用量为5-8份。在本专利技术一种优选的实施方式中，为了得到具有较高的放电容量和良好的循环性能的碳包覆的高镍锂离子电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳包覆的高镍锂离子电池正极浆料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将化学式为Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2的高镍前驱体、锂源化合物、无机氧化剂进行研磨搅拌，预热，预热后升温，保温，保温后冷却，得前驱材料；(2)于石墨，甘油，二酚基甲烷和冰醋酸的混合物中滴加入浓硫酸，持续混合，得碳源物；(3)将前驱材料加入碳源物中超声混合，加热干燥，得正极活性物质；(4)将正极活性物质、导电剂和粘结剂混合，得高镍锂离子电池正极浆料。

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆的高镍锂离子电池正极浆料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将化学式为Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2的高镍前驱体、锂源化合物、无机氧化剂进行研磨搅拌，预热，预热后升温，保温，保温后冷却，得前驱材料；(2)于石墨，甘油，二酚基甲烷和冰醋酸的混合物中滴加入浓硫酸，持续混合，得碳源物；(3)将前驱材料加入碳源物中超声混合，加热干燥，得正极活性物质；(4)将正极活性物质、导电剂和粘结剂混合，得高镍锂离子电池正极浆料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，高镍前驱体、锂源化合物中Li与无机氧化剂的物质的量之比为1:1.04-1.06:0.05-0.1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，以重量份计，相对于100份的石墨，甘油的用量为20-40份，二酚基甲烷的用量为20-40份，冰醋酸的用量为5-15份，浓硫酸的用量为5-8份；优选地，浓硫酸的滴加速度为0.6-1mL/min；优选地，步骤(2)中的混合时间为自浓硫酸开始滴加至浓硫酸滴加完毕后20-30min，混合时的搅拌速率为100-200r/min；进一步优选地，步骤(2)还包括在与冰醋酸混合之前，将石墨，甘油和二酚基甲烷于磨球机中以900-1000r/min的速度研磨10-20小时。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，前驱材料与碳源物的质量比为1：...

【专利技术属性】
技术研发人员：高博，王伟，周衡，郭文波，
申请(专利权)人：芜湖浙鑫新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34