复合三元正极材料及制备方法、正极极片、锂离子电池技术

本发明专利技术涉及锂离子电池领域，公开了复合三元正极材料及制备方法、正极极片、锂离子电池，方法包括：将氧化石墨烯加入水中，得到溶液a，备用；将还原性金属盐溶液加入酸溶液中，得到溶液b，备用；将溶液a与溶液b混合，并超声分散，得到溶液c；将溶液c搅拌反应，进行抽滤，滤渣洗涤，干燥后得到石墨烯/金属氧化物复合物；将石墨烯/金属氧化物复合物分散于水中形成溶液，加入三元材料，搅拌后将溶液抽滤并真空干燥，得到正极材料前驱体；将正极材料前驱体在惰性气氛中进行烧结，得到复合三元正极材料。制备的复合三元正极材料应用在锂离子电池中，既能提高材料的倍率性能，亦能提升材料的循环性能。

Composite ternary anode material and preparation method, anode plate, lithium-ion battery

The invention relates to the field of lithium-ion battery, and discloses composite ternary positive material and preparation method, positive pole piece and lithium-ion battery. The method includes: adding graphene oxide into water to obtain solution a for standby; adding reductive metal salt solution into acid solution to obtain solution B for standby; mixing solution a with solution B and ultrasonic dispersion to obtain solution C; stirring solution c Reaction, filtration, slag washing, drying to obtain graphene / metal oxide composite; dispersing graphene / metal oxide composite in water to form solution, adding ternary materials, stirring to filter the solution and vacuum drying to obtain the precursor of positive material; sintering the precursor of positive material in inert atmosphere to obtain composite ternary positive material. The composite anode material can not only improve the ratio performance of the material, but also improve the cycle performance of the material.

【技术实现步骤摘要】
复合三元正极材料及制备方法、正极极片、锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及复合三元正极材料及制备方法、正极极片、锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池因具有能量密度高、安全性能好、循环寿命长、环境友好等特点而被广泛应用于笔记本电脑、手机、数码产品等领域；同时，随着人们环保意识的增强，锂离子电池正逐步作为动力电池应用于交通工具领域，如电动汽车、电动大巴等。这些应用领域的拓展对锂离子电池的倍率性能、循环性能和安全性能等都提出了更高的要求。目前三元材料在循环过程中存在过渡金属溶出，颗粒表面与电解液易发生寄生反应等问题。表面包覆是解决上述问题的有效手段，目前多采用无机金属氧化物对材料进行包覆处理，但是这些惰性的包覆层会阻碍电子运输，从而降低材料的倍率性能和放电容量。公开号为CN105655589A的专利技术专利，该专利提出通过高能球磨这一种机械化学过程使石墨烯均匀包覆在材料纳米级一次颗粒表面。由于材料在循环过程中存在体积变化，该方法制备的石墨烯包覆层在循环过程中极易脱落，造成电池后续容量的持续降低；同时单纯的石墨烯包覆层相对于金属氧化物包覆层来说，其对材料循环性能的提升有限。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了复合三元正极材料及制备方法、正极极片、锂离子电池，本方法制备的复合三元正极材料应用于锂离子电池中，既能提高材料的倍率性能，亦能提升材料的循环性能。一种复合三元正极材料的制备方法，方法包括：S1.将氧化石墨烯加入水中，得到溶液a，备用；将还原性金属盐溶液加入酸溶液中，得到溶液b，备用；S2.将溶液a与溶液b混合，并超声分散，得到溶液c；S3.将溶液c搅拌反应，进行抽滤，滤渣洗涤，干燥后得到石墨烯/金属氧化物复合物；S4.将石墨烯/金属氧化物复合物分散于水中形成溶液，加入三元材料，搅拌后将溶液抽滤并真空干燥，得到正极材料前驱体；S5.将正极材料前驱体在惰性气氛中进行烧结，得到复合三元正极材料。优选地，所述S1具体为：将氧化石墨烯加入水中，氧化石墨烯与水的质量比为(1:50)-(1:100)，得到溶液a，备用；将浓度为0.01-0.15mol/L还原性金属盐溶液加入浓度为10-15％酸溶液中，金属盐溶液与酸溶液体积比为3-5:1，得到溶液b，备用；所述酸溶液为硫酸溶液、硝酸溶液以及盐酸溶液的一种。优选地，所述S2具体为：将溶液a与溶液b混合，并超声分散，超声分散频率为20kHz，超声4-10min，得到溶液c。优选地，所述S3具体为：将溶液c搅拌反应，搅拌速度为50-200rpm，温度为70-90℃，搅拌4-6h后，进行抽滤，滤渣洗涤，干燥后得到石墨烯/金属氧化物复合物。优选地，所述S4具体为：将石墨烯/金属氧化物复合物分散于水中形成溶液，加入三元材料，水与三元材料质量比为0.2-0.5，搅拌速度为300-500rpm，搅拌后，将溶液抽滤并真空干燥，干燥温度为100-120℃，干燥时间为4-8h，得到正极材料前驱体；所述三元材料为LiNixCoyMn1-x-yO2，其中0＜x＜1，0＜y＜1。优选地，所述S5具体为：将正极材料前驱体在惰性气氛中进行烧结，以升温速率为2-5℃/min，升至烧结温度为400-600℃，烧结3-6h，过300目筛，得到复合三元正极材料；所述惰性气氛为氮气或氩气。一种复合三元正极材料，按重量分数原料包括：石墨烯/金属氧化物复合物0.1-5％三元材料95-99.9％；所述石墨烯/金属氧化物复合物包覆三元材料，所述石墨烯/金属氧化物复合物按重量份数原料包括：氧化石墨烯2-4份还原性金属盐1份。优选地，所述氧化石墨烯的比表面积为20-100m2/g，尺寸为5-20μm；所述还原性金属盐为TiCl3、RuCl3、NbCl4、SnCl2、MoCl3中的一种或多种。一种正极极片，包括铜箔以及如权利要求1-6任一所述方法制备的复合三元正极材料，所述复合三元正极材料涂敷于铜箔表面。一种锂离子电池，包括负极极片、隔膜、电解液以及权利要求9所述的正极极片，所述负极极片以及正极极片插入电解液中，所述隔膜将负极极片与正极极片隔开。本专利技术提供了复合三元正极材料及制备方法、正极极片、锂离子电池，本方法中，氧化石墨烯表面有大量含氧官能团，具有一定的氧化性，通过氧化石墨烯与还原性金属离子之间的自还原反应，氧化石墨烯被金属离子还原为石墨烯，同时金属离子被氧化成金属氧化物沉积在石墨烯表面；原位沉积能保证金属离子在石墨烯中是均匀分布的，生成石墨烯-金属氧化物复合物，然后石墨烯-金属氧化物复合物作为包覆层，金属氧化物为骨架，石墨烯在材料表面形成导电网络，热处理后，金属氧化物与三元材料粘结在一起，增强包覆层与核体三元材料的结合力，将制备的复合三元正极材料应用于锂离子电池中，复合三元正极材料可以确保包覆层在循环过程中不会脱落造成电池后续容量损失；同时金属氧化物与石墨烯的协同作用，既能提高材料的倍率性能，亦能提升材料的循环性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例的效果表征图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为具体实施例1、对比例1以及对比例2循环次数与放电容量图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当进一步理解，在本专利技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。一种复合三元正极材料的制备方法，方法包括：S1.将氧化石墨烯加入水中，氧化石墨烯与水的质量比为(1:50)-(1:100)，得到溶液a，备用；将浓度为0.01-0.15mol/L还原性金属盐溶液加入浓度为10-15％酸溶液中，金属盐溶液与酸溶液体积比为3-5:1，得到溶液b，备用；酸溶液为硫酸溶液、硝酸溶液以及盐酸溶液的一种；S2.将溶液a与溶液b混合，并超声分散，超声分散频率为20kHz，超声4-10min，得到溶液c；S3.将溶液c搅拌反应，搅拌速度为50-200rpm，温度为70-90℃，搅拌4-6h后，进行抽滤，滤渣洗涤，干燥后得到石墨烯/金属氧化物复合物；S4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合三元正极材料的制备方法，其特征在于，方法包括：/nS1.将氧化石墨烯加入水中，得到溶液a，备用；将还原性金属盐溶液加入酸溶液中，得到溶液b，备用；/nS2.将溶液a与溶液b混合，并超声分散，得到溶液c；/nS3.将溶液c搅拌反应，进行抽滤，滤渣洗涤，干燥后得到石墨烯/金属氧化物复合物；/nS4.将石墨烯/金属氧化物复合物分散于水中形成溶液，加入三元材料，搅拌后将溶液抽滤并真空干燥，得到正极材料前驱体；/nS5.将正极材料前驱体在惰性气氛中进行烧结，得到复合三元正极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合三元正极材料的制备方法，其特征在于，方法包括：
S1.将氧化石墨烯加入水中，得到溶液a，备用；将还原性金属盐溶液加入酸溶液中，得到溶液b，备用；
S2.将溶液a与溶液b混合，并超声分散，得到溶液c；
S3.将溶液c搅拌反应，进行抽滤，滤渣洗涤，干燥后得到石墨烯/金属氧化物复合物；
S4.将石墨烯/金属氧化物复合物分散于水中形成溶液，加入三元材料，搅拌后将溶液抽滤并真空干燥，得到正极材料前驱体；
S5.将正极材料前驱体在惰性气氛中进行烧结，得到复合三元正极材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1具体为：
将氧化石墨烯加入水中，氧化石墨烯与水的质量比为(1:50)-(1:100)，得到溶液a，备用；将浓度为0.01-0.15mol/L还原性金属盐溶液加入浓度为10-15％酸溶液中，金属盐溶液与酸溶液体积比为3-5:1，得到溶液b，备用；所述酸溶液为硫酸溶液、硝酸溶液以及盐酸溶液的一种。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S2具体为：
将溶液a与溶液b混合，并超声分散，超声分散频率为20kHz，超声4-10min，得到溶液c。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S3具体为：
将溶液c搅拌反应，搅拌速度为50-200rpm，温度为70-90℃，搅拌4-6h后，进行抽滤，滤渣洗涤，干燥后得到石墨烯/金属氧化物复合物。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S4具体为：
将石墨烯/金属氧化物复合物分散于水中形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹少良，唐泽勋，陈敏，邓多，
申请(专利权)人：桑顿新能源科技长沙有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43