本发明专利技术公开了一种三维立体网状碳涂层三元正极材料的制备方法，涉及锂电池正极材料技术领域，包括以下步骤：(1)导电碳涂层的制备；(2)三元正极材料的制备；(3)三维立体网状碳涂层三元正极材料的制备。本发明专利技术提供的正极材料具有良好的导电性和循环性能，且缓解了膨胀材料因体积膨胀而易脱落的问题，保证了电极的完整性以及长久的循环性。同时本发明专利技术能够有效抑制因氧化还原而生成杂相的问题。此外，本发明专利技术提供的制备方法操作简单，利于工业化推广。利于工业化推广。利于工业化推广。
【技术实现步骤摘要】
一种三维立体网状碳涂层三元正极材料的制备方法
[0001]本专利技术涉及锂电池正极材料
，更具体的说是涉及一种三维立体网状碳涂层三元正极材料的制备方法。
技术介绍
[0002]随着锂电池的广泛应用和快速发展，人们对锂离子电池的性能要求也越来越高，不仅要求锂电池具有较高的容量，而且要求在反复的充放电过程中具有较好的容量保持率，表现出良好的循环性能，具有较长的使用寿命。
[0003]现有技术中，锂离子电池的电极活性物质在粘结剂作用下以薄层状附着在作为集流体的金属箔上，确保电极活性物质在嵌锂和脱嵌过程中产生的电子能及时汇集在电极上。但是电极活性物质堆积较厚时，会造成电极活性物质与集流体之间的沟通不畅，进而引起内阻过高，降低电池储能和循环性能。如果能将电池制成任意形状，则可提升电池单元在空间的占比而减少电池管理系统的空间占比。
[0004]无粘结剂三维电极具有高导电性、结构和化学稳定性以及轻便性，此外，涂层可以很容易地沉积在它们上面。这些特性促进了这些活性材料作为无粘结剂LIB电极上的3D电流集流体的使用。
[0005]因此，如何提供一种性能稳定的三元正极材料是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种操作简单且能够提高材料的循环稳定性能与倍率性能的三维立体网状碳涂层三元正极材料的制备方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种三维立体网状碳涂层三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009](1)导电碳涂层的制备：将有机碳源加入水中搅拌剪切溶解后，得到有机碳源水溶液，然后将导电碳分散于所述有机碳源水溶液中，得到导电炭涂层分散液；
[0010](2)三元正极材料的制备：将三元正极材料前驱体与锂盐混合均匀后，经高温烧结，冷却至室温后、经粉碎、过150目筛后保留粒径大于150目的产品，得到三元正极材料；
[0011](3)三维立体网状碳涂层三元正极材料的制备：将所述三元正极材料加入到导电炭涂层分散液中混合均匀，获得混合物，将所述混合物进行真空冷冻干燥，即得到所述三维立体网状碳涂层三元正极材料。
[0012]有益效果：本专利技术改变了传统集流体是纯导体的一般理念，利用聚合物制造空间网络结构，引导导电颗粒聚集形成空间导电网络，制备成三维集流体。在集流体的形貌控制上，利用了溶液或乳液中聚合物聚集形式的多变性，制造了不同形状的三维空间。在集流体的形成上，则是利用导电颗粒吸附堆积成连续的导电网络。集流体的制备过程使得电极能以任意形状出现。
[0013]优选的，步骤(1)中所述有机碳源为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚丙烯酸中的一种或多种的混合；
[0014]所述有机碳源水溶液质量浓度为0.1
‑
2％。
[0015]优选地，步骤(1)中所述有机碳源选择羧甲基纤维素钠和海藻酸钠；
[0016]所述有机碳源溶液浓度为1
‑
2wt％。
[0017]有益效果：羧甲基纤维素钠和海藻酸钠中的羧基官能团，使得导电剂与碳涂层之间的氢键作用更强，吸附更牢固，从而延长电池的使用寿命。
[0018]优选的，步骤(1)中所述导电碳为石墨、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管和super
‑
p中的一种或多种的混合。
[0019]优选的，步骤(1)中所述导电碳选择石墨和乙炔黑。
[0020]有益效果：石墨价格低廉，具有良好的导电性能；乙炔黑质量轻，比重小，比表面积大吸附性强，化学性质稳定，表面活性好，导电性高。
[0021]优选的，步骤(1)中所述有机碳源溶液与导电碳的质量比为(0.5～5.0):1。
[0022]优选地，步骤(1)中所述有机碳源溶液与导电碳的质量比为(1.0～3.0):1。
[0023]有益效果：有机碳源溶液与导电碳质量比为(1.0～3.0):1时的三维(3D)CMC碳涂层可形成连续导电层，其导电性良好且可稳定循环。
[0024]优选的，步骤(2)中所述三元正极材料前驱体的化学式为Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
(OH)2或Ni
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
(OH)2，其中0<x<1，0<y<1，且x+y<1。
[0025]优选的，步骤(2)中所述锂盐包括碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂和乙酸锂中的一种或多种的混合。
[0026]有益效果：硝酸锂因使用中会产生有害气体，一般不被选择作为锂源。8系及以上高镍三元正极材料通常使用氢氧化锂作为锂源，普通的三元正极材料则使用碳酸锂作为锂源。
[0027]优选的，步骤(2)中所述锂盐与三元正极材料前驱体的摩尔比为(1.0～1.1):1。
[0028]优选的，步骤(2)中所述三元正极材料的化学式为LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2或LiNi
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
O2，其中0<x<1，0<y<1，且x+y<1。
[0029]优选的，步骤(2)中所述高温烧结温度为700～950℃，升温速率为0.5～4℃/min，所述氧化气氛为压缩空气或纯氧，氧化气氛流量为5～30L/min。
[0030]优选地，步骤(2)中所述高温温度选择930～950℃，所述氧化气氛流量为15L/min。
[0031]优选的，步骤(3)中所述真空冷冻干燥温度为
‑
50～
‑
20℃，冷冻时间为2～4h，真空度≥0.06MPa，真空持续时间为10～15h。
[0032]优选地，步骤(3)中所述真空冷冻干燥温度为
‑
40℃，冷冻时间为3小时；真空持续时间10～12h。
[0033]有益效果：本专利技术利用真空冷冻干燥法构筑三维空间网络结构，再赋予网络导电特征，尽量使用物理手段制备三维集流体，减少生产和质量控制的难度与成本。
[0034]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种三维立体网状碳涂层三元正极材料的制备方法，本专利技术通过沉积原理将导电剂沉积在有机碳源纤维片层制备三维集流体、添加三元正极材料颗粒制备了无粘结剂的三维电极，具有良好的导电性和循环性能，且缓解了膨胀材料因体积膨胀而易脱落的问题，保证了锂电池电极的完整
性以及长久的循环性。本专利技术相比较气相沉积法，反应温度较低，有效抑制了因氧化还原而生成杂相的问题。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种三维立体网状碳涂层三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)导电碳涂层的制备：将有机碳源加入水中搅拌剪切溶解后，得到有机碳源水溶液，然后将导电碳分散于所述有机碳源水溶液中，得到导电炭涂层分散液；(2)三元正极材料的制备：将三元正极材料前驱体与锂盐混合均匀后，经高温烧结，冷却至室温后、经粉碎、过150目筛后保留粒径大于150目的产品，得到三元正极材料；(3)三维立体网状碳涂层三元正极材料的制备：将所述三元正极材料加入到导电炭涂层分散液中混合均匀，获得混合物，将所述混合物进行真空冷冻干燥，即得到所述三维立体网状碳涂层三元正极材料。2.根据权利要求1所述的一种三维立体网状碳涂层三元正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述有机碳源为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚丙烯酸中的一种或多种的混合；所述有机碳源水溶液质量浓度为0.1
‑
2％；所述导电碳为石墨、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管和super
‑
p中的一种或多种的混合。3.根据权利要求1所述的一种三维立体网状碳涂层三元正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述搅拌速度为300～1000r/min，搅拌时间为1h。4.根据权利要求1所述的一种三维立体网状碳涂层三元正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述有机碳源溶液与导电碳的质量比为(0.5～5.0):1。5.根据权利要求1所述的一种三维立体网状碳涂层三元正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述三元正极材料前驱体的化学式为Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
(OH)2或Ni
x
Co
y
【专利技术属性】
技术研发人员：田咪咪，方胜庭，田新勇，高彦宾，
申请(专利权)人：陕西红马科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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