一种复合材料改性高镍三元正极材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种复合材料改性高镍三元正极材料及其制备方法，属于锂电池正极材料制备领域。

背景技术：

1、锂离子电池已广泛应用于消费类电子产品、电动汽车、混合动力汽车等领域。近年来，新能源汽车在国家大量鼓励政策的扶持下取得了快速发展，然而续航里程和充电时间依然是制约新能源汽车全面替代传统燃油汽车的两大难题。相比于中低镍正极材料与磷酸铁锂材料，高镍正极材料具有显著的能量密度优势，被认为是最具发展前景的正极材料，迅速成为时下研究的热点。

2、但是，高镍正极材料随着镍含量的增加，会出现结构稳定性变差、表面残碱升高、副反应严重导致循环性能变差等问题。通过对正极材料进行表面包覆处理，在表面构建由惰性物质组成的稳定结构，可有效抑制界面处副反应的发生，进而改善材料的循环性能。因此有必要对高镍正极材料进行改性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种复合材料改性高镍三元正极材料，具有高能量密度、高安全性能。

2、本发明提供的复合材料改性高镍三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

3、高镍三元材料与mn3o4/ppy/rgo复合材料加入分散剂中，搅拌得到水系浆料；采用喷雾干燥法处理所述水系浆料，得到复合材料改性高镍三元正极材料；

4、所述高镍三元材料为镍钴锰酸锂；

5、所述mn3o4/ppy/rgo复合材料为四氧化三锰、聚吡咯与还原氧化石墨烯的复合材料。

6、优选地，所述水系浆料的固含量为20～40％；

7、所述mn3o4/ppy/rgo复合材料的用量为所述高镍三元材料质量的1～4％。

8、优选地，所述喷雾干燥法的条件如下：

9、进风口温度为130～230℃，进料速率为300～700ml/h。

10、本发明中，所述高镍三元材料可采用水热法得到，所述水热法的步骤如下：

11、1)将镍盐、钴盐、锰盐、沉淀剂、络合剂氨水和表面活性剂加入至水中，混合后转移至反应釜中进行反应，得到高镍三元前驱体；

12、2)将所述高镍三元前驱体与锂源混合，在氧气气氛中以5～15℃/min的升温速率升温至600～830℃，保温10～20h，降温，即得到所述高镍三元材料。

13、步骤1)中，所述镍盐、所述钴盐和所述锰盐均为硫酸盐、碳酸盐或硝酸盐；

14、以金属离子的量计，所述镍盐、所述钴盐与所述锰盐的摩尔比为88：9：3；

15、所述表面活性剂可为抗败血酸、琥珀酸二甲酯、乙二醇和ctab中的一种或多种；

16、所述表面活性剂的添加量为反应体系总质量的5～15％，其中，反应体系指的是镍盐、钴盐、锰盐、沉淀剂、络合剂氨水、表面活性剂与水的体系；

17、所述沉淀剂可为氢氧化钠。

18、步骤1)中，所述反应的温度为160～200℃，时间为12～24h。

19、步骤1)中，所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、六氟磷酸锂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种；

20、所述高镍三元前驱体与所述锂源的摩尔比为1：0.99～1.07。

21、本发明中所述mn3o4/ppy/rgo复合材料的制备方法包括如下步骤：

22、向氧化石墨烯溶液中加入吡咯单体和过硫酸铵，反应后，抽滤，洗涤，干燥，超声分散后，加入高锰酸钾溶液与乙二醇，微波反应后，洗涤，抽滤，真空干燥即得；

23、其中，氧化石墨烯的尺寸为5～100nm；

24、本发明制备方法得到的复合材料改性高镍三元正极材料也属于本发明的保护范围。

25、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

26、1、由于石墨烯的高电导率及高比表面积，为四氧化三锰提供良好的导电衬体同时，解决了四氧化三锰自身导电低的问题；同时解决了纳米金属氧化物颗粒易团聚的难题，也缓解了金属氧化物在充放电过程中体积膨胀的问题，mn3o4/ppy/rgo复合材料具有规整的空间排列、良好的分散性、高能量密度和优秀的循环性能。

27、2、本发明采用水热法制备三元正极材料，在高温高压水热条件下，前驱体能够得到充分的溶解，并达到一定的饱和度，从而形成原子或分子，进而形成核结晶生成粉体，这种方法合成的材料分布均匀，纯度高，颗粒大小易于控制，晶体发育完善，具有良好的电化学性能；干燥采用喷雾干燥，从而加速包覆层的成膜过程，提高成膜效率，使包覆更均匀。

28、3、本发明制备的正极材料比容量高，首次充放电的库伦效率高，倍率性能优异。

29、4、本发明制备工艺简单，成本低。

技术特征：

1.一种复合材料改性高镍三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水系浆料的固含量为20～40％。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述mn3o4/ppy/rgo复合材料的用量为所述高镍三元材料质量的1～4％。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述喷雾干燥法的条件如下：

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述高镍三元材料采用水热法得到，所述水热法的步骤如下：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述镍盐、所述钴盐和所述锰盐均为硫酸盐、碳酸盐或硝酸盐；

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述反应的温度为160～200℃，时间为12～24h。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、六氟磷酸锂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种；

9.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述mn3o4/ppy/rgo复合材料的制备方法包括如下步骤：

10.权利要求1-9中任一项所述方法制备的复合材料改性高镍三元正极材料。

技术总结
本发明公开了一种复合材料改性高镍三元正极材料及其制备方法。所述复合材料改性高镍三元正极材料的制备方法包括如下步骤：高镍三元材料与Mn3O4/PPy/rGO复合材料加入分散剂中，搅拌得到水系浆料；采用喷雾干燥法处理水系浆料即得；高镍三元材料为镍钴锰酸锂。本发明采用水热法制备三元正极材料，在高温高压水热条件下，前驱体能够得到充分的溶解，并达到一定的饱和度，从而形成原子或分子，进而形成核结晶生成粉体，得到的材料分布均匀，纯度高，颗粒大小易于控制，晶体发育完善，具有良好的电化学性能；干燥采用喷雾干燥，从而加速包覆层的成膜过程，提高成膜效率，使包覆更均匀。本发明正极材料比容量高，首次充放电的库伦效率高，倍率性能优异。

技术研发人员：刘星,高玉仙,闵长青,王庆莉
受保护的技术使用者：合肥国轩高科动力能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15