【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂电池，具体涉及石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂离子电池在快速充电时通常面临着结构塌陷、析锂和发热等关键科学问题，这些问题极大的阻碍了快速充电电池的实际应用。目前商用锂离子电池普遍用三元材料作为正极材料，但是，这种材料在充放电过程中普遍存在着首次效率较低、离子混排和循环寿命差等问题，再加上钴作为不可再生金属，资源量稀缺，有限的钴资源无法支撑新能源汽车无限的发展空间。因此，开发钴含量较低的正极材料至关重要，低钴甚至无钴逐渐成为电池发展的趋势。
2、然而，无钴富锂层状氧化物正极材料(lrm)自首次引入以来也遇到了许多问题，包括电池系统和材料本身。目前，lrm正极主要与液体电解质配对；因此，除了续航里程焦虑之外，电池系统的另一个主要问题是安全性。作为libs的三元正极材料之一，lrm正极也继承了它们的大部分缺点：(1)固液界面反应导致的额外电解质消耗；(2)tm离子(如mn2+)溶解导致的结构退化；(3)循环过程中生长的微应变导致的内部裂纹扩展；(4)循环过程中发生阳离子混排或元素偏析和阴离子氧化还原等。虽然改性策略仍然基于涂层和掺杂，但内核已经改变。同时在快速充电过程中严重的极化现象会导致电池发热，这也会加速固体电解质界面(sei)膜的形成、电解液的分解等，从而加快电池容量衰减，还有电池温度升高也会带来一系列安全性问题。
技术实现思路
1、针对上述存在的问题，本专利技术旨在提供石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料及其制备方法和应用
2、为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、本专利技术第一方面公开了一种石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：
4、s1：采用共沉淀法合成ni0.25mn0.75co3粉末，即nmo粉末；
5、s2：将步骤s1所得的nmo粉末与碳酸锂粉末混合后研磨，得均匀的粉末混合物；
6、s3：步骤s2所得的粉末混合物经高温烧结得无钴富锂正极金属氧化物粉末，即lrm粉末；
7、s4：将步骤s3所得的lrm粉末分散于丙酮中，再与六乙炔基苯-吡啶溶液混合，然后避光搅拌应40～48h，经洗涤、干燥、氩气气氛下退火处理后，即得石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料。
8、作为优选，所述步骤s1包括：
9、s1.1：按照1:3的摩尔比分别称取niso4·6h2o和mnso4·h2o，并将其一起溶于去离子水中，配制成镍锰硫酸盐溶液；
10、s1.2：使用3台计量泵将步骤s1.1所得的镍锰硫酸盐溶液与nh3·h2o溶液、na2co3溶液或na2co3与naoh混合溶液分别通入反应釜中，通过调节na2co3溶液的流量使反应釜内溶液ph值稳定至7～8，经过共沉淀反应后，将釜底沉淀物过滤、洗涤并干燥，得nmo粉末。
11、作为优选，所述步骤s1.2中，镍锰硫酸盐溶液、nh3·h2o溶液和na2co3溶液的浓度均为2mol/l；在氮气条件保护下，使用3台计量泵将镍锰硫酸盐溶液与nh3·h2o溶液和na2co3溶液分别通入反应釜中，通过调节na2co3溶液的流量使溶液ph值稳定至7.5。
12、作为优选，所述步骤s1.2中，在氮气条件保护下，使用3台计量泵将2mol/l的镍锰硫酸盐溶液、1mol/l的nh3·h2o溶液、2mol/l的na2co3与naoh混合溶液分别通入反应釜中，通过调节na2co3与naoh混合溶液的流量使溶液ph稳定至7.0～8.0。
13、作为优选，所述步骤s1.2中，所述共沉淀反应的反应条件为：在80℃的水浴中恒温，经过10h共沉淀反应得沉淀物；将釜底沉淀物过滤、洗涤并干燥12h得nmo粉末。
14、作为优选，所述步骤s2包括：将碳酸锂粉末与步骤s1所得的nmo粉末按摩尔比为1.26:1进行混合，研磨30～60min，得到均匀的粉末混合物。
15、作为优选，所述步骤s3包括：步骤s2所得的粉末混合物置于马弗炉中，加热至450～500℃，烧结3～5h；再升温至800～900℃，烧结12～15h，得到棕色的lrm粉末。
16、作为优选，所述lrm粉末中,镍与锰的摩尔比为0.2:0.6。
17、作为优选，所述lrm粉末为二次球形粒子的平均粒径为10～30μm。
18、作为优选，所述步骤s4中，所述lrm粉末分散于丙酮中所得的lrm-丙酮溶液的浓度为5～20mg/ml；所述六乙炔基苯-吡啶溶液的浓度为5～20mg/ml；lrm粉末与六(三甲硅基乙炔基)苯的摩尔比为5～50:1。
19、作为优选，所述步骤s4中，所述六乙炔基苯-吡啶溶液的制备方法包括以下步骤：将六(三甲硅基乙炔基)苯溶于四氢呋喃溶液中，并于冰浴下搅拌10～20min，其后加入四丁基氟化铵，并搅拌10～20min，再进行萃取，萃取结束后将萃取液进行旋蒸处理，再将所得固体粉末溶于吡啶中，即得所述六乙炔基苯-吡啶溶液。
20、作为优选，所述六乙炔基苯-吡啶溶液的浓度为5～20mg/ml。
21、作为优选，所述步骤s4中，所述六(三甲硅基乙炔基)苯的用量为50～200mg，所述四丁基氟化铵的用量为2.5～10ml，避光搅拌时间为24～48h，退火温度为180～300℃。
22、本专利技术第二方面公开了一种石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料，采用上述的制备方法制得。
23、本专利技术第三方面公开了所述石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料在锂离子快充电池中的应用，锂离子快充电池正极电极包括上述的石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料。
24、本专利技术第四方面公开了上述的锂离子快充电池的制备方法，包括以下步骤：将所述石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料、导电炭黑和聚偏氟乙烯按照质量比8:1:1配制成浆料涂在铝箔上，得正极极片，再与锂金属薄片组装成半电池，隔膜为聚丙烯膜，电解液为1.2m lipf6的ec/emc溶液，其中ec和emc的体积比为3:7。
25、本专利技术的有益效果为：提供了石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料及其制备方法和应用。该方法可快速、便捷的制得石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料，运用石墨炔独特的结构优势和嵌锂优势实现石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料的可控制备，解决了现有正极材料常见的层状结构塌陷、二次粒子破裂、快充寿命短和倍率性能低等问题，用作锂电池正极材料具有优异的快充性能、倍率性能和长循环性能。具体而言：
26、(1)本专利技术的制备方法是一种快速、便捷有效的制备方法，以获得石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料，制备的材料形貌可控，且制备得到的锂离子电池正极本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1.2中，镍锰硫酸盐溶液、NH3·H2O溶液和Na2CO3溶液的浓度均为2mol/L；在氮气条件保护下，使用3台计量泵将镍锰硫酸盐溶液与NH3·H2O溶液和Na2CO3溶液分别通入反应釜中，通过调节Na2CO3溶液的流量使溶液pH值稳定至7.5；所述共沉淀反应的反应条件为：在80℃的水浴中恒温，经过10h共沉淀反应得沉淀物；将釜底沉淀物过滤、洗涤并干燥12h得NMO粉末。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1.2中，在氮气条件保护下，使用3台计量泵将2mol/L的镍锰硫酸盐溶液、1mol/L的NH3·H2O溶液、2mol/L的Na2CO3与NaOH混合溶液分别通入反应釜中，通过调节Na2CO3与NaOH混合溶液的流量使溶液pH稳定至7.0～8.0。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：将碳酸锂粉
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述六乙炔基苯-吡啶溶液的制备方法包括以下步骤：将六(三甲硅基乙炔基)苯溶于四氢呋喃溶液中，并于冰浴下搅拌10～20min，其后加入四丁基氟化铵，并搅拌10～20min，再进行萃取，萃取结束后将萃取液进行旋蒸处理，再将所得固体粉末溶于吡啶中，即得所述六乙炔基苯-吡啶溶液；所述六乙炔基苯-吡啶溶液的浓度为5～20mg/ml。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述六(三甲硅基乙炔基)苯的用量为50～200mg，所述四丁基氟化铵的用量为2.5～10ml，避光搅拌时间为24～48h，退火温度为180～300℃。
8.一种石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料，其特征在于，采用如权利要求1至7中任一项所述的制备方法制得。
9.如权利要求8所述的石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料在锂离子快充电池中的应用。
10.一种锂离子快充电池的制备方法，其特征在于，采用如权利要求8所述的石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料，所述制备方法包括以下步骤：将所述石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料、导电炭黑和聚偏氟乙烯按照质量比8:1:1配制成浆料涂在铝箔上，得正极极片，再与锂金属薄片组装成半电池，隔膜为聚丙烯膜，电解液为1.2M LiPF6的EC/EMC溶液，其中EC和EMC的体积比为3:7。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨炔薄膜包覆无钴富锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1包括：
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1.2中，镍锰硫酸盐溶液、nh3·h2o溶液和na2co3溶液的浓度均为2mol/l；在氮气条件保护下，使用3台计量泵将镍锰硫酸盐溶液与nh3·h2o溶液和na2co3溶液分别通入反应釜中，通过调节na2co3溶液的流量使溶液ph值稳定至7.5；所述共沉淀反应的反应条件为：在80℃的水浴中恒温，经过10h共沉淀反应得沉淀物；将釜底沉淀物过滤、洗涤并干燥12h得nmo粉末。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1.2中，在氮气条件保护下，使用3台计量泵将2mol/l的镍锰硫酸盐溶液、1mol/l的nh3·h2o溶液、2mol/l的na2co3与naoh混合溶液分别通入反应釜中，通过调节na2co3与naoh混合溶液的流量使溶液ph稳定至7.0～8.0。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2包括：将碳酸锂粉末与步骤s1所得的nmo粉末按摩尔比为1.26:1进行混合，研磨30～60min，得到均匀的粉末混合物；
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：安娟，孔震，张浩浩，庞明远，蒋玉慧，
申请(专利权)人：齐鲁理工学院，
类型：发明
国别省市：
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