本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，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。
背景技術(shù)：
：鋰離子電池是一種在鋰電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型電池，主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。其電化學(xué)性能主要取決于電極材料，電極材料的選擇與質(zhì)量直接決定著鋰離子電池的特性與價(jià)格。然而長(zhǎng)期以來(lái)，鋰離子電池正極材料是限制鋰離子電池發(fā)展的關(guān)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(yè)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?cè)诃h(huán)境友好、循環(huán)穩(wěn)定性等方面存在很多缺點(diǎn)，這也制約了他們的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。層狀結(jié)構(gòu)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(dǎo)率較高、倍率性能較好、理論比容量高而被廣泛應(yīng)用，但是它們?cè)诔Ｒ?guī)4.2V的充電電壓實(shí)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(tǒng)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(huán)過程中容量損失較多，循環(huán)穩(wěn)定性差，不能滿足商業(yè)化應(yīng)用，且存在較大的安全隱患。。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明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(huán)性能優(yōu)的特點(diǎn)。本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：本發(fā)明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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jìn)一步地，所述塊體石墨型氮化碳的質(zhì)量為電極材料的0.5%～5%。進(jìn)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。本發(fā)明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，本發(fā)明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(xué)惰性，在高溫高壓下穩(wěn)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(chǎn)生的產(chǎn)物對(duì)電解液的催化分解會(huì)導(dǎo)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(huán)穩(wěn)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(yùn)輸，從而提高了鋰離子電池的比容量；第三、成本低廉，本發(fā)明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(jià)格低廉的氮化碳，且來(lái)源廣泛，因此其具有制備成本低的特點(diǎn)；第四、循環(huán)性能優(yōu)，本發(fā)明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(shí)，與傳統(tǒng)的鋰離子電池正極材料作對(duì)照，在應(yīng)用實(shí)施例和應(yīng)用對(duì)照實(shí)施例的測(cè)試中可以很直觀的發(fā)現(xiàn)，比容量和循環(huán)穩(wěn)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(huán)穩(wěn)定性好和安全性能好等優(yōu)點(diǎn)。附圖說(shuō)明圖1為實(shí)施例1～4、對(duì)比例1的循環(huán)性能曲線圖。圖2為實(shí)施例5的首次、50次和100次的充放電電壓曲線圖。圖3為實(shí)施例6的掃描電鏡圖。圖4為對(duì)比例2與實(shí)施例6的透射電鏡對(duì)比圖。具體實(shí)施方式為了使本
技術(shù)領(lǐng)域：
的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實(shí)施例及對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明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(zhuǎn)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(zhuǎn)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。在本發(fā)明中，所述塊體石墨型氮化碳的質(zhì)量為電極材料的0.5%～5%。在本發(fā)明中，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(píng)估本發(fā)明所得材料的性能，把所得的正極材料制備成正極極片進(jìn)行性能測(cè)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(jié)劑，研磨成顏色均勻一致，加入N-甲基吡咯烷酮（NMP）機(jī)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。在本發(fā)明中，所用溶劑N-甲基吡咯烷酮（NMP），分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；所用三聚氰胺，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；所用的PVDF（聚偏氟乙烯）膠黏劑、SuperP采購(gòu)自深圳科晶有限生產(chǎn)公司。以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步進(jìn)行闡述：同時(shí)，以僅包含有523鎳鈷錳三元材料的正極片作為對(duì)比例1，以僅含有鈷酸鋰材料的正極極片對(duì)比對(duì)比例2，對(duì)比例1與對(duì)比例2的極片制作方法和實(shí)施例1～8相同。為了進(jìn)一步評(píng)估本發(fā)明的性能，以實(shí)施例1～8、對(duì)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(cè)試系統(tǒng)（深圳新威爾電子有限公司，型號(hào)為CT-3008-5V1mA）上進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，測(cè)試倍率為0.5C，測(cè)試電壓范圍為2.5~4.4V，測(cè)得的數(shù)據(jù)如表1所示：表1不同實(shí)施例性能測(cè)試結(jié)果實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5實(shí)施例6實(shí)施例7實(shí)施例8對(duì)比例1對(duì)比例2初始可逆比容量(mAh/g)182194181177189197181178142144初次充放電庫(kù)倫效率(%)89938788869287897976100次循環(huán)后比容量(mAh/g)1631801621551711831641609695100次循環(huán)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(jīng)表面包覆修飾的鋰離子電池層狀正極材料，相比傳統(tǒng)的商業(yè)化的鋰離子電池層狀正極材料，無(wú)論是比容量還是循環(huán)穩(wěn)定性都有明顯提高，由此表明采用本發(fā)明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(shí)有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性能。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制；凡本行業(yè)的普通技術(shù)人員均可按說(shuō)明書所述和以上所述而順暢地實(shí)施本發(fā)明；但是，凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，可利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容而作出的些許更動(dòng)、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實(shí)施例；同時(shí)，凡依據(jù)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何等同變化的更動(dòng)、修飾與演變等，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3