一种碳纳米管/无定形碳双层碳包覆三元正极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及锂电池技术领域，一种碳纳米管/无定形碳双层碳包覆三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将碳纳米管与分散剂在溶剂中砂磨混合，形成均匀稳定的碳纳米管分散液；步骤2：将所制得的分散液与三元材料粉体混合，形成纳米管均匀包覆在三元材料上NCM混合液1；烘干制得碳纳米管包覆三元材料粉体；步骤3：把有机碳源溶解在水中，形成有机溶液，再将制得的碳纳米管包覆三元材料粉体与有机溶液混合，形成NCM混合液，烘干混合液，形成NCM混合物2的粉体材料；将NCM混合物2的粉体材料在惰性气体中灼烧，形成双层碳包覆的三元材料；双层碳材料可以使三元材料拥有良好的导电性；三元材料免受电解液的影响，提高正极材料的安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管/无定形碳双层碳包覆三元正极材料的制备方法
本专利技术涉及锂电池
，特别涉及一种碳纳米管/无定形碳双层碳包覆三元正极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池是新一代绿色高能电池，具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽等众多优点，广泛应用于电话、笔记本电脑、电动工具等，在电动汽车中也具有良好的应用前景，被人们认为是21世纪具有重要意义的高能技术产品。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能对锂离子电池性能至关重要，在各种正极材料中，三元正极材料凭借其较高的能量密度，环境友好等特点，成为动力电池的首选正极材料，也成为现阶段产业界的开发重点；但是该材料也有缺陷，例如循环性能下降，倍率性能差，这也是限制三元材料迅速发展的原因。针对以上问题，三元材料的表面改性可以解决一定的问题，一般的表面改性包括掺杂和表面包覆，其中，包覆手段可以减少材料在电池循环过程中的副反应，对材料进行保护，而且一些功能化的包覆材料还可以进一步提升材料的循环性能和倍率性能。碳包覆是提高材料导电性的重要手段，低成本、环境友好等优点使得碳包覆逐渐成为正极材料改性的重要策略，例如，磷酸铁锂的各种碳包覆手段，目前在市场上已经得到广泛的应用。文献中多以有机物蔗糖、葡萄糖和淀粉等为碳源，在惰性气氛中加热碳化；一方面，碳包覆可以作为正极材料的保护层，不仅能减少电荷传递阻抗，还可以抑制金属离子的溶解；另一方面，碳包覆也可以提高材料的表面电子导电率，改善材料颗粒之间的电接触，进而改善材料的电化学性能。但是，普通的碳包覆对于性能的提升和改善是有限的，因为普通的碳包覆手段在碳化过程中，碳源会形成具有还原性的CO或者H2等还原性气体，对三元正极材料有一定的影响，其各种金属的价态产生变化，使得晶格结构衰退。因此，我们提供了一种双层碳包覆三元正极材料的制备方法，双层碳包覆层外层包覆的是无定形碳，内层包覆的是碳纳米管；双层碳包覆层使三元材料具有良好的导电性，因此，正极浆料可以不需要加入导电剂，此外，外层无定形碳可以作为保护层，保护三元材料免受电解液的影响；而内层碳纳米管则可以克服现有的碳包覆方法中三元正极材料在高温条件下易被碳化还原的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双层碳包覆三元正极材料的制备方法，双层碳包覆层的外层是无定形碳，内层是碳纳米管；双层碳包覆层使三元材料具有良好的导电性，正极浆料可以不需要加入导电剂，同时，外层无定形碳可以保护三元材料免受电解液的影响，而内层碳纳米管则可以克服现有的碳包覆方法中三元正极材料在高温条件下易被碳化还原的问题。本专利技术的技术方案是这样的：一种碳纳米管/无定形碳双层碳包覆三元正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤1：制备碳纳米管分散液将碳纳米管与分散剂在溶剂N-甲基吡咯烷酮中砂磨混合4-6h，再高压均质15min-30min，形成均匀稳定的碳纳米管分散液；步骤2：第一层（内层）碳包覆制备将上述所制得的碳纳米管分散液与三元材料粉体混合，使用高速搅拌器将所得混合液搅拌2-3h，再超声分散15min-30min，使碳纳米管均匀包覆在三元材料上，形成NCM混合液1；使用鼓风干燥箱将NCM混合液1烘干，干燥温度为70-90oC，烘干时间为6-8h，制得碳纳米管包覆三元材料粉体；步骤3：第二层（外层）碳包覆制备把有机碳源溶解在水中，形成有机溶液，并将步骤1制得的碳纳米管包覆三元材料粉体与有机溶液混合；使用高速搅拌器将所得混合液搅拌1-2h，使有机碳源均匀包覆在碳纳米管包覆的三元材料上，形成NCM混合液2；使用鼓风干燥箱将NCM混合液2烘干，烘干温度为70-90oC，烘干时间为6-8h，形成NCM混合物2的粉体材料；将NCM混合物2的粉体材料在惰性气体中灼烧，灼烧温度为800oC-1000oC，形成双层碳包覆的三元材料。作为优选，所述三元材料为镍钴锰酸锂，其化学式为LiNi1-x-yCoxMnyO2，其中0.1＜x＜0.3，0.1＜y＜0.3。作为优选，所述步骤1中，碳纳米管、分散剂与溶剂的质量比为（2-5）：（0.1-0.5）：（95-98）；采用的碳纳米管为多壁碳纳米管，管径为10-20nm，长度为10-30um；分散剂为非离子型表面活性剂，包含环氧乙烷—环氧丙烷嵌段共聚物、聚氧乙烯苯乙烯米酚、聚乙烯醇、聚乙烯酰胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯毗咯烷酮中的一种或几种。作为优选，所述步骤2中碳纳米管分散液与三元材料粉体的质量比例为（1-3）：1。作为优选，所述步骤3中有机碳源包含葡萄糖、蔗糖、乙酸、羧甲基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇等其中的一种或几种；制得的有机溶液的浓度为1%-5%。作为优选，所述步骤3中，碳纳米管包覆三元材料粉体与有机溶液的质量比为1：（2-4）。本专利技术的有益效果是：（1）双层碳包覆层的外层是无定形碳，内层是碳纳米管，双层碳材料可以使三元材料拥有良好的导电性，正极浆料可以不再加入导电剂；（2）外层有机碳源灼烧后的无定形碳，可以保护三元材料免受电解液的影响，提高正极材料的安全性能；（3）内层碳纳米管，可以保护有机碳源在高温碳化过程中释放还原性气体还原主体材料；（4）碳纳米管与非离子分散剂混合处理，使碳纳米管能均匀分散，能够全面包覆三元材料。附图说明图1为一种碳纳米管/无定形碳双层碳包覆三元正极材料的扫描电镜图(SEM)。图2为一种碳纳米管/无定形碳双层碳包覆改性三元材料的EDS元素分布图。具体实施方式实施例1：一种碳纳米管/无定形碳双层碳包覆三元正极材料的制备方法，按下述步骤进行：1、将3份碳纳米管与0.3份的聚乙烯醇分散剂在溶剂N-甲基吡咯烷酮中砂磨混合4h，再高压均质15min，形成均匀稳定的碳纳米管分散液。2、取20g上述所得的碳纳米管分散液与10g镍钴猛三元材料粉体（Ni0.33Co0.33Mn0.33）混合，加入适量去离子水，玻璃棒搅拌均匀后置于磁力搅拌器上搅拌，搅拌时间为4h，搅拌速率为1500r/min，使碳纳米管均匀包覆在三元材料上，形成NCM混合液1。3、将NCM混合液1置于鼓风干燥箱中烘干，烘干温度为70oC，烘干时间为8h，制得碳纳米管包覆三元材料。4、取1g上述制得的碳纳米管包覆三元材料与质量分数为3%的蔗糖水溶液混合，用玻璃棒搅拌均匀后置于磁力搅拌器上搅拌0.5h，搅拌速率为800r/min，使蔗糖均匀包覆在碳纳米管包覆的三元材料上，形成NCM混合液2；5、将NCM混合液2置于鼓风干燥箱中烘干，烘干温度为70oC，烘干时间为8h，形成NCM混合物2的粉体材料；6、将NCM混合物2的粉体材料在保护气体Ar气中灼烧，加热至1000℃，灼烧20min，得到双层碳包覆的三元材料。图1为一种碳纳米管-无定形碳双层碳包覆三元正极材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管/无定形碳双层碳包覆三元正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤1：制备碳纳米管分散液/n将碳纳米管与分散剂在溶剂N-甲基吡咯烷酮中砂磨混合4-6h，再高压均质15min-30min，形成均匀稳定的碳纳米管分散液；/n步骤2：第一层（内层）碳包覆制备/n将上述所制得的碳纳米管分散液与三元材料粉体混合，使用高速搅拌器将所得混合液搅拌2-3h，再超声分散15min-30min，使碳纳米管均匀包覆在三元材料上，形成NCM混合液1；/n使用鼓风干燥箱将NCM混合液1烘干，干燥温度为70-90

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管/无定形碳双层碳包覆三元正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：制备碳纳米管分散液
将碳纳米管与分散剂在溶剂N-甲基吡咯烷酮中砂磨混合4-6h，再高压均质15min-30min，形成均匀稳定的碳纳米管分散液；
步骤2：第一层（内层）碳包覆制备
将上述所制得的碳纳米管分散液与三元材料粉体混合，使用高速搅拌器将所得混合液搅拌2-3h，再超声分散15min-30min，使碳纳米管均匀包覆在三元材料上，形成NCM混合液1；
使用鼓风干燥箱将NCM混合液1烘干，干燥温度为70-90oC，烘干时间为6-8h，制得碳纳米管包覆三元材料粉体；
步骤3：第二层（外层）碳包覆制备
把有机碳源溶解在水中，形成有机溶液，并将步骤1制得的碳纳米管包覆三元材料粉体与有机溶液混合；
使用高速搅拌器将所得混合液搅拌1-2h，使有机碳源均匀包覆在碳纳米管包覆的三元材料上，形成NCM混合液2；
使用鼓风干燥箱将NCM混合液2烘干，烘干温度为70-90oC，烘干时间为6-8h，形成NCM混合物2的粉体材料；
将NCM混合物2的粉体材料在惰性气体中灼烧，灼烧温度为800oC-1000oC，形成双层碳包覆的三元材料。


2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管/无定形碳双层碳包覆三元正极材料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡金明，萧文秋，梁惠明，
申请(专利权)人：广东墨睿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44