一種表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料及其制備方法，包括以下步驟：(1)合成石墨型氮化碳，將三聚氰胺粉末制備得到黃色塊體狀的石墨型氮化碳，然后被剝離成薄片狀的石墨型氮化碳，形成均勻的石墨型氮化碳分散液；(2)合成鋰離子電池正極材料分散液，將鋰離子電池層狀正極材料溶解到鋰離子電池層狀正極材料分散液；(3)合成表面包覆的鋰離子電池正極材料將鋰離子電池層狀正極材料分散液加入到石墨型氮化碳分散液混合攪拌，然后抽濾，烘干，研磨，即得表面包覆的鋰離子電池正極材料。本發明專利技術的制備方法具有安全性好、比容量高、成本低廉和循環性能優的特點。

Surface coating modified lithium ion battery layered positive electrode material and preparation method thereof

The invention discloses a surface coating modification of layered cathode material of lithium ion battery and its preparation method, which comprises the following steps: (1) the synthesis of graphitic carbon nitride, the melamine powder was prepared by graphite carbon nitride yellow blocks, and then stripped into graphitic carbon nitride thin sheet, forming graphite type of carbon nitride dispersed liquid; (2) synthesizing lithium ion battery anode material dispersion, the layered cathode material of lithium ion battery layered cathode materials for lithium ion batteries dissolved into dispersion; (3) the synthesis of surface coating of cathode materials for lithium ion batteries will be layered cathode materials for lithium ion batteries into the graphite dispersion type nitride carbon dispersion mixing and filtering, drying, grinding, which was coated on the surface of the cathode materials for lithium ion batteries. The preparation method of the invention has the advantages of good safety, high specific capacity, low cost and excellent cycle performance.

【技術實現步驟摘要】
一種表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料及其制備方法
本專利技術涉及鋰離子電池正極材料
，具體為一種表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料及其制備方法。
技術介紹
鋰離子電池是一種在鋰電池基礎上發展起來的一種新型電池，主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。其電化學性能主要取決于電極材料，電極材料的選擇與質量直接決定著鋰離子電池的特性與價格。然而長期以來，鋰離子電池正極材料是限制鋰離子電池發展的關鍵因素，且直接影響著電池的能量密度和比功率特性。目前商業化的鋰離子電池正極材料一般都使用鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰和三元材料等，但是他們在環境友好、循環穩定性等方面存在很多缺點，這也制約了他們的產業化應用。層狀結構的含鋰金屬氧化物如鎳鈷錳雙眼材料、鈷酸鋰等正極材料因電導率較高、倍率性能較好、理論比容量高而被廣泛應用，但是它們在常規4.2V的充電電壓實際能夠放出的比容量只有140~160mAh/g，如要獲得更高比容量，則需充電至4.35V以上。傳統層狀氧化物正極材料在高電壓譬如4.35V以上的充電條件下循環過程中容量損失較多，循環穩定性差，不能滿足商業化應用，且存在較大的安全隱患。。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料及其制備方法，具有安全性好、比容量高、成本低廉和循環性能優的特點。本專利技術可以通過以下技術方案來實現：本專利技術公開了一種表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料的制備方法，包括以下步驟：(1)合成石墨型氮化碳將三聚氰胺粉末加熱到550℃熱聚合4h，升溫速度20℃/min，得到黃色塊體狀的石墨型氮化碳，然后將石墨型氮化碳放入燒杯中，加入200ml甲醇溶液超聲分散5h，塊體狀的石墨型氮化碳碳被剝離成薄片狀的石墨型氮化碳，形成均勻的石墨型氮化碳分散液；(2)合成鋰離子電池正極材料分散液首先將鋰離子電池層狀正極材料加入到100ml甲醇溶液中25℃攪拌分散1h，轉速為500r/min，得到鋰離子電池層狀正極材料分散液；(3)合成表面包覆的鋰離子電池正極材料將鋰離子電池層狀正極材料分散液加入到石墨型氮化碳分散液中25℃攪拌24h,轉速為700r/min，然后抽濾，烘干，研磨，即得表面包覆的鋰離子電池正極材料。進一步地，所述塊體石墨型氮化碳的質量為電極材料的0.5%～5%。進一步地，所述鋰離子電池正極材料為鈷酸鋰、錳酸鋰和/或鎳鈷錳三元材料。一種表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料，采用以上的制備方法制備得到。本專利技術一種表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料的制備方法，具有如下的有益效果：第一、安全性好，本專利技術的表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料，其包覆的石墨型氮化碳呈化學惰性，在高溫高壓下穩定性好，能有效的阻止正極材料金屬氧化物的部分分解（這些分解產生的產物對電解液的催化分解會導致電池脹氣、爆炸等不安全問題),從而提高電池高壓下的循環穩定性和安全性能；第二、比容量高，適量的石墨型氮化碳具有嵌鋰功能，有利于充放電過程中鋰離子的運輸，從而提高了鋰離子電池的比容量；第三、成本低廉，本專利技術的表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料，由于其制備過程中所用的原材料是價格低廉的氮化碳，且來源廣泛，因此其具有制備成本低的特點；第四、循環性能優，本專利技術的表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料制作成鋰離子電池使用時，與傳統的鋰離子電池正極材料作對照，在應用實施例和應用對照實施例的測試中可以很直觀的發現，比容量和循環穩定性都有很大的提高，因此，該表面包覆修飾的鋰離子電池正極材料作鋰離子電池正極極片使用具有比容量高、循環穩定性好和安全性能好等優點。附圖說明圖1為實施例1～4、對比例1的循環性能曲線圖。圖2為實施例5的首次、50次和100次的充放電電壓曲線圖。圖3為實施例6的掃描電鏡圖。圖4為對比例2與實施例6的透射電鏡對比圖。具體實施方式為了使本
的人員更好地理解本專利技術的技術方案，下面結合實施例及對本專利技術產品作進一步詳細的說明。本專利技術公開了一種表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料，是通過以下制備方法制備的：(1)合成石墨型氮化碳將三聚氰胺粉末加熱到550℃熱聚合4h，升溫速度20℃/min，得到黃色塊體狀的石墨型氮化碳，然后將石墨型氮化碳放入燒杯中，加入200ml甲醇溶液超聲分散5h，塊體狀的石墨型氮化碳碳被剝離成薄片狀的石墨型氮化碳，形成均勻的石墨型氮化碳分散液；(2)合成鋰離子電池正極材料分散液首先將鋰離子電池層狀正極材料加入到100ml甲醇溶液中25℃攪拌分散1h，轉速為500r/min，得到鋰離子電池層狀正極材料分散液；(3)合成表面包覆的鋰離子電池正極材料將鋰離子電池層狀正極材料分散液加入到石墨型氮化碳分散液中25℃攪拌24h,轉速為700r/min，然后抽濾，烘干，研磨，即得表面包覆的鋰離子電池正極材料。在本專利技術中，所述塊體石墨型氮化碳的質量為電極材料的0.5%～5%。在本專利技術中，所述鋰離子電池正極材料為鈷酸鋰、錳酸鋰和/或鎳鈷錳三元材料。為了評估本專利技術所得材料的性能，把所得的正極材料制備成正極極片進行性能測試，具體制備方法為：取0.8g上述制得的鋰離子電池正極材料，0.1gSuperP，0.1gPVDF粘結劑，研磨成顏色均勻一致，加入N-甲基吡咯烷酮（NMP）機械攪拌5h，均勻涂于鋁箔上，先置于真空干燥箱中80℃普通干燥1h，然后120℃真空干燥12h即制得鋰離子電池正極極片。在本專利技術中，所用溶劑N-甲基吡咯烷酮（NMP），分析純，國藥集團化學試劑有限公司生產；所用三聚氰胺，國藥集團化學試劑有限公司生產；所用的PVDF（聚偏氟乙烯）膠黏劑、SuperP采購自深圳科晶有限生產公司。以下結合具體實施例對本專利技術的技術方案進一步進行闡述：同時，以僅包含有523鎳鈷錳三元材料的正極片作為對比例1，以僅含有鈷酸鋰材料的正極極片對比對比例2，對比例1與對比例2的極片制作方法和實施例1～8相同。為了進一步評估本專利技術的性能，以實施例1～8、對比例1～2所制得的鋰離子電池正極極片為工作電極，以金屬鋰作為參比電極，以1mol/LLiPF6/EC/DMC(體積比1：1)為電解液，隔膜為UBE3025，組合成扣式電池，在高精度電池性能測試系統（深圳新威爾電子有限公司，型號為CT-3008-5V1mA）上進行電化學測試，測試倍率為0.5C，測試電壓范圍為2.5~4.4V，測得的數據如表1所示：表1不同實施例性能測試結果實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5實施例6實施例7實施例8對比例1對比例2初始可逆比容量(mAh/g)182194181177189197181178142144初次充放電庫倫效率(%)89938788869287897976100次循環后比容量(mAh/g)1631801621551711831641609695100次循環容量保持率(%)89.692.889.587.690.592.990.689.967.666.0從表1可以明顯看出經表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料，相比傳統的商業化的鋰離子電池層狀正極材料，無論是比容量還是循環穩定性都有明顯提高，由此表明采用本專利技術的表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料不僅比容量提高，同時有良好的循環穩定性和安全性能。以上所述，僅為本專利技術的較本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：(1)合成石墨型氮化碳將三聚氰胺粉末加熱到550℃熱聚合4h，升溫速度20℃/min，得到黃色塊體狀的石墨型氮化碳，然后將石墨型氮化碳放入燒杯中，加入200ml甲醇溶液超聲分散5h，塊體狀的石墨型氮化碳碳被剝離成薄片狀的石墨型氮化碳，形成均勻的石墨型氮化碳分散液；(2)合成鋰離子電池正極材料分散液首先將鋰離子電池層狀正極材料加入到100ml甲醇溶液中25℃攪拌分散1h，轉速為500r/min，得到鋰離子電池層狀正極材料分散液；(3)合成表面包覆的鋰離子電池正極材料將鋰離子電池層狀正極材料分散液加入到石墨型氮化碳分散液中25℃攪拌24h,轉速為700r/min，然后抽濾，烘干，研磨，即得表面包覆的鋰離子電池正極材料。

【技術特征摘要】
1.一種表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：(1)合成石墨型氮化碳將三聚氰胺粉末加熱到550℃熱聚合4h，升溫速度20℃/min，得到黃色塊體狀的石墨型氮化碳，然后將石墨型氮化碳放入燒杯中，加入200ml甲醇溶液超聲分散5h，塊體狀的石墨型氮化碳碳被剝離成薄片狀的石墨型氮化碳，形成均勻的石墨型氮化碳分散液；(2)合成鋰離子電池正極材料分散液首先將鋰離子電池層狀正極材料加入到100ml甲醇溶液中25℃攪拌分散1h，轉速為500r/min，得到鋰離子電池層狀正極材料分散液；(3)合成表面包覆的鋰離子電池正極材料...

【專利技術屬性】
技術研發人員：崔立峰，薛亞楠，康詩飛，孫冠武，金具濤，
申請(專利權)人：東莞理工學院，
類型：發明
國別省市：廣東,44