本发明专利技术公开了一种对聚阴离子型锂离子电池正极材料进行碳层可控包覆的方法。该方法包括：1）将聚阴离子型锂离子电池正极材料或合成聚阴离子型锂离子电池正极材料所用的前驱体置于缓冲溶液中，再加入多巴胺盐酸盐固体粉末搅拌，将所得沉淀干燥，得到中间产物；2）将步骤1）所得中间产物于惰性或还原气氛中进行煅烧，冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者，先将步骤1）由前驱体所得中间产物与含有锂离子的化合物混合，研磨后再进行煅烧，冷却至室温，完成所述碳层的包覆。该方法简单易行，能够显著提高材料的电子导电率和离子导电率，提高材料的循环性能和倍率性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种对聚阴离子型锂离子电池正极材料进行碳层可控包覆方法。
技术介绍
聚阴离子正极材料LixMXO4 (M代表过渡金属元素，X代表磷、硅或硫，X为正数)作为一种新型的锂离子电池正极材料，具有环境友好、成本低廉、安全性好、比容量高、循环稳定性好等优点，特别适合用于电动车、储能电池等方面的动力电池应用。然而，由于这类材料自身的结构特性(一维Li+传输通道)，其电子导电率和离子导电率低，使得在脱锂和嵌锂的过程中，电子不能及时的导入和导出，导致活性物质的利用率低，容量部分损失，难以满足动力电池大倍率充放电的要求。通过包覆易导电物质来提高导电性、或合成具有纳米尺寸颗粒的产品以缩短锂离子扩散路径是解决该村料电子导电率低和离子导电率低的主要方法，从而提高其倍率性能。目前广泛采用的碳包覆方法主要为添加一种含C的有机物，如葡萄糖，蔗糖，柠檬酸，乙二醇等，通过高温碳热分解进行碳包覆。然而，通过碳热分解所包覆的碳层不很均一和连续，存在很多富碳区域(厚碳层)和贫碳区域(薄碳层)，使得材料颗粒在各个方向的电子传输能力不均衡，因此在各个方向的电导率也不相同，容易产生极化现象。此外，通过该种方法进行包碳的反应条件比较苛刻，一般需要在高能球磨或高温水热反应的条件下进行，操作繁琐，且反应温度较高，不利于大规模应用。中国专利200710011883.6中专利技术了一种气相沉积法以对LiFePO4进行可控碳层包覆。专利技术中采用乙炔或丙烯作为碳源气体，通过改变化学气相沉积过程的参数(沉积温度，沉积时间，碳源气体体积百分比)使得所包覆的碳层厚度控制在2-50nm。此方法对设备要求高，需要单独置备乙炔或丙烯气体以及相关配气装置，不利于在常规实验室中操作。中国专利201010604083.7中专利技术了一种可控包覆FePO4的方法，采用羟基苯甲酸作为有机碳源，通过改变羟基苯甲酸的用量来实现可控包覆。然而在此方法中，包覆反应需要在高温加热的条件下进行，且从专利所附的TEM图看出，包覆效果依然不很理想，碳层不很均一连续。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。本专利技术提供的对聚阴离子型锂离子电池正极材料的表面进行碳层包覆的方法为方法a或b ;其中，方法a包括如下步骤:I)将原料置于缓冲溶液中，再加入多巴胺盐酸盐固体粉末搅拌，收集沉淀，得到中间产物；其中，所述原料为聚阴离子型锂离子电池正极材料、前驱体I或前驱体II ;所述原料为正极材料时，所得中间产物记为中间产物a ；所述原料为前驱体I时，所得中间产物记为中间产物b ；所述原料为前驱体II时，所得中间产物记为中间产物c ；2)将步骤I)所得中间产物a进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者，将步骤I)所得中间产物b与含有锂离子的化合物混合进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者，将步骤I)所得中间产物C、含有锂离子的化合物及含铁化合物混合进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；方法b包括如下步骤:3)将原料置于缓冲溶液中，再加入多巴胺盐酸盐固体粉末搅拌，收集沉淀，得到中间产物；其中，所述原料为聚阴离子型锂离子电池正极材料、前驱体I或前驱体II ;所述原料为正极材料时，所得中间产物记为中间产物a ；所述原料为前驱体I时，所得中间产物记为中间产物b ；所述原料为前驱体II时，所得中间产物记为中间产物c ;4)将步骤3)所得中间产物置于缓冲溶液中，再加入多巴胺盐酸盐固体粉末搅拌，收集沉淀，得到二次中间产物；其中，所述中间产物为中间产物a时，所得二次中间产物记为二次中间产物I ;所述中间产物为中间产物b时，所得二次中间产物记为二次中间产物II ；所述中间产物为中间产物c时，所得二次中间产物记为二次中间产物III ；5)将步骤4)所得二次中间产物I进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者，将步骤4)所得二次中间产物II与含有锂离子的化合物混合进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者，将步骤4)所得二次中间产物II1、含有锂离子的化合物及含铁化合物混合进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆。上述方法的所述步骤I)中，正极材料的通式为LixMXO4 ；其中，M为过渡金属元素，具体选自Fe、Mn、V、Co和Ni中的至少一种；X为磷、硅或硫；0〈x〈l ；所述正极材料具体选自 LiFeP04、LiMnPO4, LiMn1^xFexPO4, Li3V2 (P04) 3、Li2FeSiO4,LiCoPO4 和 LiNiPO4 中的至少一种；其中，LiMrvxFexPO4 具体为 LiMna5Fea5PO4 ；所述正极材料的颗粒粒度为50nm_l U m ；所述前驱体I 为 FePO4、Fe3 (PO4) 2，MnPO4、Mn3 (PO4) 2 或 Mn1^xFexPO4 ;所述 Mn1^xFexPO4中，0〈x〈l ；所述前驱体II为SiO2;所述前驱体I和II的颗粒粒度均为10nm_500nm。所述步骤1)、3)和4)中，所述多巴胺盐酸盐的固体粉末在缓冲溶液中的浓度为0.5-100mg/ml,具体为 l-10mg/ml,更具体为 lmg/ml、2mg/ml、4mg/ml、10mg/ml、20mg/ml、l-20mg/ml、2-20mg/ml、4-20mg/ml、4-10mg/ml、10_20mg/ml、l_4mg/ml 或 2_4mg/ml ；所述缓冲溶液的pH值为8-10，具体为8.5 ;所述缓冲溶液为Tris缓冲液；所述步骤I)和3)中，原料与多巴胺盐酸盐的摩尔用量比为0.1-50:0.05-30，具体为 0.7:U1.2:U2.4:U3.4:U4.7:1、5:1、6:1、24:1、0.7-24:1 或 1-6:1 ；所述步骤4)中，中间产物与多巴胺盐酸盐的摩尔用量比为0.1-50:0.05-30，具体为 0.7:1、1.2:1、2.4:1、3.4:1、4.7:1、5:1、6:1、24:1、0.7-24:1 或 1-6:1。所述步骤1)、3)和4)搅拌步骤中，温度均为常温，时间均为4-48小时，具体为24小时。所述步骤2)和5)中，所述含有锂离子的化合物为氢氧化锂、醋酸锂、碳酸锂、硝酸锂、硫酸锂、磷酸二氢锂、草酸锂、甲酸锂、硅酸锂、月桂酸锂、柠檬酸锂或苹果酸锂；所述含铁化合物为草酸亚铁、氯化铁、硝酸铁、硫酸亚铁、乙酰丙酮亚铁或乙酰丙酮铁。所述步骤2)中，中间产物b与含有锂离子的化合物中Li元素的投料摩尔用量比为 1:1.03-1.05 ；所述中间产物C、含有锂离子的化合物中Li元素及含铁化合物中Fe元素的投料摩尔用量比为1:2.06-2.10:1 ；所述步骤5)中，二次中间产物II与含有锂离子的化合物中Li元素的投料摩尔用量比为 1:1.03-1.05 ；二次中间产物II1、含有锂离子的化合物中Li元素及含铁化合物中Fe元素的投料摩尔用量比为1:2.06-2.10:1。所述步骤2)和5)煅烧步骤中，均为两段煅烧；第一段煅烧温度为400-500°C，时间为1-5小时，具体为4小时；第二段煅烧温度为 600-800 °C,具体为 700 °C >750 °C >800 °C >700-800 V、700本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种对聚阴离子型锂离子电池正极材料的表面进行碳层包覆的方法，为方法a或b；其中，方法a包括如下步骤：1）将原料置于缓冲溶液中，再加入多巴胺盐酸盐固体粉末搅拌，收集沉淀，得到中间产物；其中，所述原料为聚阴离子型锂离子电池正极材料、前驱体I或前驱体II；所述原料为正极材料时，所得中间产物记为中间产物a；所述原料为前驱体I时，所得中间产物记为中间产物b；所述原料为前驱体II时，所得中间产物记为中间产物c；2）将步骤1）所得中间产物a进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者，将步骤1）所得中间产物b与含有锂离子的化合物混合进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者，将步骤1）所得中间产物c、含有锂离子的化合物及含铁化合物混合进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；方法b包括如下步骤：3）将原料置于缓冲溶液中，再加入多巴胺盐酸盐固体粉末搅拌，收集沉淀，得到中间产物；其中，所述原料为聚阴离子型锂离子电池正极材料、前驱体I或前驱体II；所述原料为正极材料时，所得中间产物记为中间产物a；所述原料为前驱体I时，所得中间产物记为中间产物b；所述原料为前驱体II时，所得中间产物记为中间产物c；4）将步骤3）所得中间产物置于缓冲溶液中，再加入多巴胺盐酸盐固体粉末搅拌，收集沉淀，得到二次中间产物；其中，所述中间产物为中间产物a时，所得二次中间产物记为二次中间产物I；所述中间产物为中间产物b时，所得二次中间产物记为二次中间产物II；所述中间产物为中间产物c时，所得二次中间产物记为二次中间产物III；5）将步骤4）所得二次中间产物I进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者，将步骤4）所得二次中间产物II与含有锂离子的化合物混合进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者，将步骤4）所得二次中间产物III、含有锂离子的化合物及含铁化合物混合进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆。...
【技术特征摘要】
1.一种对聚阴离子型锂离子电池正极材料的表面进行碳层包覆的方法，为方法a或b ； 其中，方法a包括如下步骤: 1)将原料置于缓冲溶液中，再加入多巴胺盐酸盐固体粉末搅拌，收集沉淀，得到中间产物； 其中，所述原料为聚阴离子型锂离子电池正极材料、前驱体I或前驱体II ; 所述原料为正极材料时，所得中间产物记为中间产物a ； 所述原料为前驱体I时，所得中间产物记为中间产物b ; 所述原料为前驱体II时，所得中间产物记为中间产物c ； 2)将步骤I)所得中间产物a进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者， 将步骤I)所得中间产物b与含有锂离子的化合物混合进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者， 将步骤I)所得中间产物C、含有锂离子的化合物及含铁化合物混合进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆； 方法b包括如下步骤: 3)将原料置于缓冲溶液中，再加入多巴胺盐酸盐固体粉末搅拌，收集沉淀，得到中间产物； 其中，所述原料为聚阴离子型锂离子电池正极材料、前驱体I或前驱体II ； 所述原料为正极材料时，所得中间产物记为中间产物a ； 所述原料为前驱体I时，所得中间产物记为中间产物b ； 所述原料为前驱体II时，所得中间产物记为中间产物c ； 4)将步骤3)所得中间产物置于缓冲溶液中，再加入多巴胺盐酸盐固体粉末搅拌，收集沉淀，得到二次中间产物； 其中，所述中间产物为中间产物a时，所得二次中间产物记为二次中间产物I ; 所述中间产物为中间产物b时，所得二次中间产物记为二次中间产物II ； 所述中间产物为中间产物c时，所得二次中间产物记为二次中间产物III ； 5)将步骤4)所得二次中间产物I进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者， 将步骤4)所得二次中间产物II与含有锂离子的化合物混合进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者， 将步骤4)所得二次中间产物II1、含有锂离子的化合物及含铁化合物混合进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤I)中，正极材料的通式为LixMXO4 ； 其中，M为过渡金属元素，具体选自Fe、Mn、V、Co和Ni中的至少一种； X为憐、娃或硫；0〈x〈l ； 所述正极材料具体选自 LiFePO4' LiMnPO4' LiMn1^xFexPO4, Li3V2 (P04) 3、Li2FeSiO4'LiCoPO4和LiNiPO4中的至少一种；所述正极材料的颗粒粒度为50nm-l u m...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹安民，万立骏，池子翔，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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