一种锂离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，公开了一种锂离子电池正极材料及其制备方法。本发明专利技术首先在碳布表面原位制备碳纳米管包覆金属氧化物，再以其为前驱体制备碳布负载的碳纳米管包覆正极材料。本发明专利技术制备的碳纳米管包覆正极材料可直接作为锂离子电池正极片，无需涂布，且避免了粘结剂和导电剂的使用，因此工艺简单、成本低。正极材料颗粒表面被碳纳米管均匀包覆，具有优良的电子导电性，表现出良好的高倍率充放电性能和循环性能。率充放电性能和循环性能。率充放电性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池正极材料是锂离子电池的重要组成部分，其性能是制约锂离子电池容量的重要因素。锂离子电池正极材料包括钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、镍钴锰酸锂(LiNi
a
Co
b
Mn
c
O2，其中a+b+c＝1)、磷酸铁锂(LiFePO4)等。这些正极材料均已商业化应用，但其离子传导率和电子传导率均较低，大电流充放电时比容量会显著降低。为了提高锂离子电池正极材料的导电性能，研究者们通常采用碳包覆对其进行改性。
[0003]例如，专利CN102931397A公开了一种碳包覆改性钴酸锂正极材料的制备方法，具体包括如下步骤：(1)将钴酸锂加入到去离子水中；(2)向所得混合液中加入占钴酸锂质量10％～30％的可溶性有机碳源，然后再加入占有机碳源质量0.5％～5％的碳化催化剂；(3)将所得混合液通过喷雾干燥机喷雾造粒后得到有机碳包覆的钴酸锂；(4)将所得钴酸锂粉末装入坩埚中，保持惰性气氛条件下加热到300℃～450℃烧结0.5h～4h，即得到碳包覆的钴酸锂正极材料。
[0004]专利CN108155360A公开了一种制备碳包覆镍钴锰酸锂正极材料的方法，首先按质量比1:1～4:1称取Ni
x
Co
y
Mn
z
(OH)2粉末和苯胺单体，将乳化剂溶解于去离子水中，加入Ni
x
Co
y
Mn
z
(OH)2粉末材料搅拌，同时进行超声波分散，得到溶液A；将苯胺单体加入到酸溶液中，搅拌得到溶液B；将溶液B加入到溶液A中，加酸调节溶液pH，再继续磁力搅拌，得到溶液C；将氧化剂加入到酸溶液中搅拌，得到溶液D；将溶液D滴加到溶液C中搅拌，将得到的反应产物抽滤，并用去离子水和乙醇洗涤后进行真空干燥，得到聚苯胺包覆Ni
x
Co
y
Mn
z
(OH)2的复合材料；将复合材料粉末与锂源在行星式球磨机上进行机械球磨后在氧气气氛下焙烧，冷却后即得到碳包覆LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2复合正极材料。
[0005]然而，上述材料均需要与极片载体进行粘合负载，并不能原位生成电极片，而在使用过程中，电极材料会出现脱落的问题，从而造成锂离子电池性能的降低。
[0006]因此，如何制备一种可直接作为正极片且电化学性能高的电极材料对锂离子电池的发展具有重要意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法，解决现有技术制备的锂离子电池正极材料存在的上述问题。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0009]本专利技术提供了一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)将可溶性金属盐、尿素、水混合，得到前驱体溶液；将碳布加入前驱体溶液后进行水热反应，得到负载金属氧化物的碳布；
[0011](2)将负载金属氧化物的碳布置于管式炉后升温至反应温度，到达反应温度后将碳源溶液雾化后通过载气通入管式炉，使碳源与负载金属氧化物的碳布在反应温度下进行反应，反应期间持续通入碳源，反应结束时停止通入碳源，自然降温后得到负载碳纳米管包覆金属的碳布；
[0012](3)将负载碳纳米管包覆金属的碳布在空气氛围下进行氧化反应，得到负载碳纳米管包覆金属氧化物的碳布；
[0013](4)将负载碳纳米管包覆金属氧化物的碳布与锂源溶液混合后进行水热反应，得到前驱体；将前驱体煅烧，得到锂离子电池正极材料。
[0014]优选的，在上述一种锂离子电池正极材料的制备方法中，所述步骤(1)中可溶性金属盐、尿素、水的质量体积比为1～20g：1～7g：50～80mL。
[0015]优选的，在上述一种锂离子电池正极材料的制备方法中，所述步骤(1)中可溶性金属盐为硝酸钴、硝酸铁、硝酸镍、硝酸锰、氯化钴、氯化铁、氯化镍、钒酸铵中的一种或几种。
[0016]优选的，在上述一种锂离子电池正极材料的制备方法中，所述步骤(1)中进行水热反应前还包括将碳布在前驱体溶液中浸渍20～24h；水热反应的温度为120～130℃；水热反应的时间为6～8h。
[0017]优选的，在上述一种锂离子电池正极材料的制备方法中，所述步骤(2)中碳源溶液为碳源的无水乙醇和水的混合溶液；碳源为葡萄糖、蔗糖、水溶性淀粉、糊精、柠檬酸中的一种或几种；可溶性金属盐、碳源、无水乙醇和水的混合溶液的质量体积比为1～20g：5～6g：40～60mL。
[0018]优选的，在上述一种锂离子电池正极材料的制备方法中，所述步骤(2)中载气为氩气；载气的流量为5～50mL/min；反应温度为900～1600℃；在反应温度下进行反应的时间为10～120min。
[0019]优选的，在上述一种锂离子电池正极材料的制备方法中，所述步骤(3)中氧化反应的温度为200～500℃；氧化反应的时间为1～5h。
[0020]优选的，在上述一种锂离子电池正极材料的制备方法中，所述步骤(4)中锂源溶液的浓度为0.1～0.5mol/L；可溶性金属盐和锂源溶液的质量体积比为1～20g：50～100mL；
[0021]所述锂源溶液为锂源的水溶液或锂源和磷源混合的水溶液；所述锂源为氯化锂、氢氧化锂、乙酸锂、柠檬酸锂、磷酸二氢锂中的一种或几种；所述磷源为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢锂、磷酸中的一种或几种；
[0022]所述锂源和磷源混合的水溶液中锂元素和磷元素的摩尔比为1：1。
[0023]优选的，在上述一种锂离子电池正极材料的制备方法中，所述步骤(4)中水热反应的温度为200～250℃；水热反应的时间为2～20h；煅烧的温度为700～1500℃；煅烧的时间为2～12h。
[0024]本专利技术还提供了上述制备方法制得的一种锂离子电池正极材料。
[0025]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0026]本专利技术首先在碳布表面原位制备碳纳米管包覆金属氧化物，再以其为前驱体制备碳布负载的碳纳米管包覆正极材料。本专利技术制备的碳纳米管包覆正极材料可直接作为锂离子电池正极片，无需涂布，且避免了粘结剂和导电剂的使用，因此工艺简单、成本低。正极材料颗粒表面被碳纳米管均匀包覆，具有优良的电子导电性，表现出良好的高倍率充放电性
能和循环性能。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0028]图1为本专利技术制备锂离子电池正极材料的工艺流程图；
[0029]图2为实施例1制备的锂离子电池正极材料的透射电镜图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将可溶性金属盐、尿素、水混合，得到前驱体溶液；将碳布加入前驱体溶液后进行水热反应，得到负载金属氧化物的碳布；(2)将负载金属氧化物的碳布置于管式炉后升温至反应温度，到达反应温度后将碳源溶液雾化后通过载气通入管式炉，使碳源与负载金属氧化物的碳布在反应温度下进行反应，反应期间持续通入碳源，反应结束时停止通入碳源，自然降温后得到负载碳纳米管包覆金属的碳布；(3)将负载碳纳米管包覆金属的碳布在空气氛围下进行氧化反应，得到负载碳纳米管包覆金属氧化物的碳布；(4)将负载碳纳米管包覆金属氧化物的碳布与锂源溶液混合后进行水热反应，得到前驱体；将前驱体煅烧，得到锂离子电池正极材料。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中可溶性金属盐、尿素、水的质量体积比为1～20g：1～7g：50～80mL。3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中可溶性金属盐为硝酸钴、硝酸铁、硝酸镍、硝酸锰、氯化钴、氯化铁、氯化镍、钒酸铵中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中进行水热反应前还包括将碳布在前驱体溶液中浸渍20～24h；水热反应的温度为120～130℃；水热反应的时间为6～8h。5.根据权利要求1、2或4所述的一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱福良，蒙延双，马祥元，康泰，杜佰庭，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：