一种锂离子电池正极材料包覆碳的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池正极材料包覆碳的制备方法：将一定量的锂离子电池正极材料粉末放入聚丙烯腈溶液中，充分搅拌混匀，加热蒸发溶剂后，在空气氛围下，放入烘箱中在１５０～３００℃下加热２～４小时，得到黑色固体，再将所得的黑色固体放入高温炉中，在惰性气体保护下４００～１２００℃加热０．５～４小时，便得到表面包覆了碳的锂离子电池粉状正极材料。本发明专利技术制备的包覆了碳的锂离子电池正极材料颗粒细小，覆碳均匀，导电性好，材料的比容量高、循环性能良好，在动力型锂离子电池领域具有很大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于能源材 料及新材料制备

技术介绍
锂离子电池是新一代的绿色高能电池，具有重量轻、体积比能量高、工作电压高、无环境污染等优点，是现代通讯、IT和便携式电子产品(如 移动电话、笔记本电脑、摄像机等)的理想化学电源，也是未来电动汽车 优选的动力电源，具有广阔的应用前景和巨大的经济效益。正极材料是制造锂离子二次电池的关键材料，是决定锂离子电池性能 和价格的主要因素。因此，锂离子电池正极材料的研究与开发一直都是前 沿和热点课题，受到世界许多先进国家的高度重视。目前锂离子电池正极材料的研究开发主要集中在锂-过渡金属复合氧 化物正极材料方面，主要包括LiCo02、 LiFeP04、 LiNi02、 LiV30^。 LiMn204 以及它们的衍生物。这些正极材料各有自己的优点，如LiCo02电压高， 比能量高，循环性好，已经成功用在小型锂离子电池上；LiFeP04具有较高 的理论容量(170mAh/g)、优良的循环性能、良好的热稳定性、资源丰富、 价格低廉、环境友好；LiNi02的放电率低，没有环境污染，对电解质要求 低；LiV^具有更高的比容量，且无毒、价廉；LiMn20,稳定性好，无污染， 工作电压高，成本低廉，易合成。但这些材料都有一个共同的缺点，就是 电池正极材料本身的本征电子导电率很低，这严重影响了该材料的大电流 电化学性能和实际应用。当前，科研工作者在提高锂离子电池正极材料的 研究方面取得了一些进展。通常釆取的措施有(l)在材料的内部掺入导 电碳材料或导电金属微粒，或者在颗粒表面包覆导电碳材料，这些碳材料 的来源主要有碳溶胶、乙炔黑、葡萄糖、蔗糖及柠檬酸等；(2)金属离 子的掺杂，如掺入Mg"、 Ti"、 Cr3+、 Al3+、 Cu2+、 Ag+、 Zr4+、 Nb5+、 W"等来取 代部分Li+,提高材料的电子导电率。上面的这些措施都可一定程度地提高 锂离子电池正极材料的电导率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出，该 方法不仅能使锂离子电池正极材料包覆上碳，颗粒细小，覆碳均匀，具有 较大的比表面积，而且能提高材料的导电率、比容量和循环性能，实现锂 离子电池正极材料在动力型电池领域的实际应用。本专利技术技术方案如下将一定量的锂离子电池正极材料粉末放入聚丙烯腈溶液中，充分搅拌 混匀，加热蒸发溶剂后，在空气氛围下，放入烘箱中在150~ 300。C下加热 2~4小时，得到黑色固体，再将所得的黑色固体放入高温炉中，在惰性气 体保护下400 120(TC加热0. 5~4小时，便得到表面包覆了碳的锂离子电 池粉状正极材料。上述的锂离子电池正极材料为LiCo02、 LiFeP04、 LiNi02、 LiV308、 LiMn204 或它们的掺杂衍生物。锂离子电池正极材料LiCo02、 LiFeP04、 LiNi02、 LiV308、 LiMn204的掺 杂衍生物，是以Mg、 Ti、 Cr、 Al、 Cu、 Ag、 Zr、 Nb、 W中的一种或几种金 属元素来部分替以上复合氧化物中的Co、 Fe、 Ni、 V、 Mn后所生成的化合 物。上述聚丙烯腈的分子量为1000 - 30000,聚丙烯腈溶液的重量百分比 浓度为5~100%。上述聚丙烯腈与锂离子电池正极材料粉末的重量比为25 ~ 95 % 。 上述惰性气体为氮气或氩气。本专利技术所建立的制备锂离子电池正极材料包覆碳的方法具有以下优 点本专利技术提供了一种锂离子电池正极材料包覆碳的新的碳源，它将锂离 子电池正极材料的粉末分散到聚丙烯腈溶液中，经过低温预氧化和在惰性 气体保护下的高温碳化过程，在锂离子电池正极材料表面均匀地包覆上碳； 该方法工艺流程简单；制备出的包覆了碳的锂离子电池正极材料的粉末颗 粒细小，具有较大的比表面积；产品具有较好的导电性，大电流电化学性 能优异；在动力型锂离子电池领域具有艮大的应用 <介值。具体实施例方式本专利技术提供了 ，其具体的 工艺步骤如下将一定量的锂离子电池正极材料粉末放入聚丙烯腈溶液中，充分搅拌混匀，加热蒸发溶剂后，在空气氛围下，放入烘箱中在150~ 300。C下加热 2~4小时，得到黑色固体，再将所得的黑色固体放入高温炉中，在惰性气 体保护下400 ~ 120(TC加热0. 5~4小时，便得到表面包覆了碳的锂离子电 池粉状正极材料。上述的锂离子电池正才及材冲牛为LiCo02、 LiFeP04、 LiNi02、 LiV308、 LiMn204 或是以Mg、 Ti、 Cr、 Al、 Cu、 Ag、 Zr、 Nb、 W中的一种或几种金属元素来 部分替以上复合氧化物中的Co、 Fe、 Ni、 V、 Mn后所生成的化合物；聚丙 烯腈的分子量为1000 ~ 30000,聚丙烯腈溶液的重量百分比浓度为5 ~ 100 %;聚丙烯腈与锂离子电池正极材料粉末的重量比为25~95%;惰性气体 为氮气或氩气。下面通过实施例，进一步阐明本专利技术的突出特点和显著进步，仅在于 说明本专利技术而决不限制本专利技术。 实施例1将lg LiCo02粉末放入2. 5g 20°/。的聚丙烯腈(分子量为1500 )溶液中 (质量百分比)，充分搅拌混勻，加热蒸发溶剂后，在空气氛围下，放入烘 箱中在20(TC下加热3小时，得到黑色固体，再将所得的黑色固体放入高 温炉中，在氮气保护下75(TC加热1小时，便得到表面包覆了碳的LiCo02 粉状正极材料。按活性物质乙炔黑胶粘剂等于85: 10: 5的比例(质 量百分比)混合制成正极膜，以锂片作为负极，以Cellgard 2300多孔膜 作为隔膜，以1 mol/L的LiPFs/EC+DMC(体积比1: l)混合溶液作电解液， 组装成扣式电池。在Land BS9300 (武汉金诺电子)程控全自动电化学测试 仪上进行电化学性能测试。在电流密度为1C时，其放电比容量为210mAh/g, 循环300次后其放电比容量仍保持在92%。实施例2将lg LiFeP04粉末放入L5g 50%的聚丙烯腈(分子量为1000 )溶液 中(质量百分比)，充分搅拌混匀，加热蒸发溶剂后，在空气氛围下，放入 烘箱中在160。C下加热2小时，得到黑色固体，再将所得的黑色固体》文入 高温炉中，在氩气保护下550。C加热1.5小时，便得到表面包覆了碳的 LiFeP04粉状正极材料。按活性物质乙炔黑胶粘剂等于80: 10: 10的 比例(质量百分比)混合制成正极膜，以锂片作为负极，以Cellgard 2300 多孔膜作为隔膜，以1 mol/L的LiPF6/EC+薩C(体积比1: l)混合溶液作电解液，组装成扣式电池。在Land BS9300 (武汉金i若电子)程控全自动电化 学测试仪上进行电化学性能测试。在电流密度为0. 1C时，其放电比容量为 165mAh/g，循环150次后其放电比容量仍保持在90%。 实施例3将lg LiMnA粉末放入2. 0g 30%的聚丙烯腈(分子量为2000 )溶液中 (质量百分比)，充分搅拌混匀，加热蒸发溶剂后，在空气氛围下，放入供 箱中在220。C下加热1. 5小时，得到黑色固体，再将所得的黑色固体放入 高温炉中，在氮气保护下65(TC加热2小时，便得到表面包覆了碳的LiMn204 粉状正极材料。按活性物质乙炔黑胶粘剂等于80本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极材料包覆碳的制备方法，其特征是：将一定量的锂离子电池正极材料粉末放入聚丙烯腈溶液中，充分搅拌混匀，加热蒸发溶剂后，在空气氛围下，放入烘箱中在１５０～３００℃下加热２～４小时，得到黑色固体，再将所得的黑色固体放入高温炉中，在惰性气体保护下４００～１２００℃加热０．５～４小时，便得到表面包覆了碳的锂离子电池粉状正极材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任祥忠，张培新，刘剑洪，张黔玲，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]