碳包覆三元正極材料的制備方法及該碳包覆三元正極材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳包覆三元正極材料的制備方法及該碳包覆三元正極材料，制備方法包括以下步驟：S1、以鎳鹽、鈷鹽和錳鹽為原料，制備三元正極材料前驅(qū)體；S2、制備導(dǎo)電碳分散體系：將導(dǎo)電碳分散于含有有機(jī)碳源的水中；S3、將三元正極材料前驅(qū)體和鋰化合物加入到導(dǎo)電碳分散體系中，混合均勻，獲得混合物；S4、將混合物在真空條件下烘干；S5、將經(jīng)烘干的混合物在密閉條件下或者惰性氣體保護(hù)的氣氛中高溫處理，獲得碳包覆三元正極材料。本發(fā)明包覆均勻、操作簡單、成本低且效率高，其中導(dǎo)電碳和三元正極材料同時(shí)包覆在具有網(wǎng)絡(luò)狀的無定形碳中，無定形碳在其中充當(dāng)導(dǎo)電碳和三元正極材料的導(dǎo)電媒介或通道，大大地提高了該三元正極材料的倍率性能。
【專利說明】碳包覆三元正極材料的制備方法及該碳包覆三元正極材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鋰離子電池材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種鋰離子電池用的碳包覆三元正極材料的制備方法及該碳包覆三元正極材料。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池具有比能量高、工作電壓高、安全性好、無記憶效應(yīng)等一系列的優(yōu)點(diǎn)，不僅廣泛應(yīng)用作筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)電話、攝像機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品的動(dòng)力電源，同時(shí)也將成為電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車及電動(dòng)汽車的主要電源之一。這一方面為鋰離子電池的發(fā)展提供了廣闊空間，另一方面隨著電池應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬及相應(yīng)產(chǎn)品的不斷升級與換代，必將對鋰離子電池提出越來越高的要求，而提高電池綜合性能的最直接辦法是改善電池材料性能。
[0003]正極材料作為電池核心部件之一，對電池綜合性能起著關(guān)鍵性作用，因此開展正極材料改性研究具有重要意義。材料改性主要有兩條途徑:一個(gè)是摻雜改性，另一個(gè)表面包覆改性，其中表面包覆是產(chǎn)業(yè)化中比較常用的一種改性手段。
[0004]在動(dòng)力電池領(lǐng)域，正極材料循環(huán)特性及倍率性能研究的是材料改性的兩個(gè)重要研究方向，如專利ZL200610147247.1:一種碳包覆的納米LiCoO2材料及其制備方法和應(yīng)用，公開了通過在LiCoO2表面覆碳來提高材料導(dǎo)電系數(shù)，優(yōu)化材料的倍率充放電性能。而當(dāng)前三元正極材料的導(dǎo)電性比鈷酸鋰差，仍有待改善。且，現(xiàn)有在電池制作過程中往往是將顆粒型的導(dǎo)電碳和顆粒型的正極材料機(jī)械地混合，這種混合存在導(dǎo)電碳和正極材料不能有效的接觸的缺陷，從而導(dǎo)致電子不能順暢的遷移，制約材料的倍率性能。
[0005]現(xiàn)有對三元正極材料的改性中，還包括采用有機(jī)碳包覆三元正極材料的方法，該種方法的包覆需要采用催化劑對有機(jī)碳乳化后才能進(jìn)行包覆，操作方法復(fù)雜且要求較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種操作簡單、成本低且提高了材料的倍率性能及循環(huán)性能的碳包覆三元正極材料的制備方法及該碳包覆三元正極材料。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種碳包覆三元正極材料的制備方法，包括以下步驟:
[0008]S1、以鎳鹽、鈷鹽和錳鹽為原料，制備三元正極材料前驅(qū)體；
[0009]S2、制備導(dǎo)電碳分散體系:將導(dǎo)電碳分散于含有有機(jī)碳源的水中；
[0010]S3、將所述三元正極材料前驅(qū)體和鋰化合物加入到所述導(dǎo)電碳分散體系中，混合均勻，獲得混合物；
[0011]S4、將所述混合物在真空條件下烘干；
[0012]S5、將經(jīng)烘干的所述混合物在密閉條件下或惰性氣體保護(hù)的氣氛中，于500-1100°C下高溫處理；所述三元正極材料前驅(qū)體形成三元正極材料，所述導(dǎo)電碳分布在所述三元正極材料表面，所述有機(jī)碳源形成具有網(wǎng)絡(luò)狀的無定形碳，將所述導(dǎo)電碳和三元正極材料包覆起來，獲得碳包覆三元正極材料。
[0013]在本發(fā)明的碳包覆三元正極材料的制備方法中，步驟SI中，制得的所述三元正極材料前驅(qū)體的化學(xué)式為NixC0yMnny (0H)2 ;步驟S5中，形成的所述三元正極材料的化學(xué)式為 LiNixCoyMn1IyO2 ;其中，0〈x〈l，0〈y〈l，且 x+y〈l。
[0014]在本發(fā)明的碳包覆三元正極材料的制備方法中，步驟SI中，所述鎳鹽為鎳的硫酸鹽、硝酸鹽或鹽酸鹽，所述鈷鹽為鈷的硫酸鹽、硝酸鹽或鹽酸鹽，所述錳鹽為錳的硫酸鹽、硝酸鹽或鹽酸鹽。
[0015]在本發(fā)明的碳包覆三元正極材料的制備方法中，步驟SI中，采用半液半固法將所述原料制成三元正極材料前驅(qū)體；所述半液半固法是先將所述鎳鹽、鈷鹽和錳鹽配制成混合溶液，采用液相沉淀法獲得所述鎳鹽、鈷鹽和錳鹽的漿料狀混合物，再采用低溫固相反應(yīng)法得到所述三元正極材料前驅(qū)體；所述鎳鹽、鈷鹽和錳鹽的混合溶液濃度為0.2-5mol/L。
[0016]在本發(fā)明的碳包覆三元正極材料的制備方法中，步驟S2中，所述導(dǎo)電碳和所述含有有機(jī)碳源的水之間的質(zhì)量體積比為1:10-100 ；
[0017]所述含有有機(jī)碳源的水中，有機(jī)碳源的重量百分含量為10-80%。
[0018]在本發(fā)明的碳包覆三元正極材料的制備方法中，步驟S2中，所述導(dǎo)電碳為石墨、碳納米管、石墨烯、乙炔碳黑及超導(dǎo)碳黑中的一種或多種，所述有機(jī)碳源為蔗糖、葡萄糖、聚丙烯酸、淀粉、聚乙二醇及間苯二酚中的一種或多種；
[0019]步驟S3中，所述鋰化合物為碳酸鋰、氫氧化鋰及氯化鋰中的一種或多種。
[0020]在本發(fā)明的碳包覆三元正極材料的制備方法中，步驟S3中，所述三元正極材料前驅(qū)體和導(dǎo)電碳分散體系中的導(dǎo)電碳的質(zhì)量比為99.5:0.5-95:5。
[0021]在本發(fā)明的碳包覆三元正極材料的制備方法中，步驟S5中，所述惰性氣體的氣體流量為0.05-0.2L/min ;所述惰性氣體為氮?dú)饧皻鍤庵械囊环N或多種。
[0022]本發(fā)明還提供一種碳包覆三元正極材料，采用上述碳包覆三元正極材料制備方法制得。
[0023]本發(fā)明還提供一種碳包覆三元正極材料，包括三元正極材料、導(dǎo)電碳以及具有網(wǎng)絡(luò)狀的無定形碳，所述導(dǎo)電碳分布在所述三元正極材料表面，所述無定形碳將所述導(dǎo)電碳和三元正極材料包覆起來。
[0024]實(shí)施本發(fā)明具有以下有益效果:
[0025]1、本發(fā)明將導(dǎo)電碳和有機(jī)碳源配合使用來制備碳包覆三元正極材料，有機(jī)碳源在缺氧條件下高溫處理形成具有網(wǎng)絡(luò)狀的無定形碳，將導(dǎo)電碳和三元正極材料同時(shí)包覆一起，無定形碳在其中充當(dāng)導(dǎo)電碳和三元正極材料的導(dǎo)電媒介或通道，大大地提高了該三元正極材料的倍率性能。
[0026]2、無定形碳具有良好的導(dǎo)電性能，其于三元正極材料上的包覆，不僅增加三元正極材料的電子導(dǎo)電性，而且還能抑制高溫處理時(shí)三元正極材料的晶體生長，有利于三元正極材料形成顆粒均勻的納米級顆粒，縮短電子和離子的遷移路徑，從而提高三元正極材料的倍率性能；還有效抑制了三元正極材料充放電過程晶體畸變程度，從而明顯提高了該三元正極材料的倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性能，提高鋰離子電池循環(huán)性能。
[0027]3、無定形碳能有效降低三元正極材料與電解液的接觸面積，抑制了三元正極材料與電解液的反應(yīng)活性，提高了三元正極材料的安全性能。且，無定形碳的網(wǎng)絡(luò)狀還能有效吸附電解液，有利于提高鋰離子的遷移速率，從而提高三元正極材料的倍率性能。
[0028]4、本發(fā)明的制備方法具有包覆均勻、操作簡單、成本低且效率高的特點(diǎn)，適合于產(chǎn)業(yè)化。此外，本發(fā)明中導(dǎo)電碳的加入，可減少了后續(xù)三元正極材料應(yīng)用過程中的加入導(dǎo)電碳和分散導(dǎo)電碳的工序，提高電池制作效率。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0030]圖1是本發(fā)明的碳包覆三元正極材料的制備方法的流程圖；
[0031]圖2是本發(fā)明的碳包覆三元正極材料的SEM圖；
[0032]圖3是使用本發(fā)明制得的碳包覆三元正極材料的鋰離子電池的倍率性能曲線圖；
[0033]圖4是使用本發(fā)明制得的碳包覆三元正極材料的鋰離子電池的循環(huán)性能曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]如圖1所示,本發(fā)明的碳包覆三元正極材料的制備方法,包括如下步驟:
[0035]S1、以鎳鹽、鈷鹽和錳鹽為原料，制備三元正極材料前驅(qū)體。
[0036]該步驟SI中，鎳鹽為鎳的硫酸鹽、硝酸鹽或鹽酸鹽等可溶性鹽，鈷鹽為鈷的硫酸鹽、硝酸鹽或鹽酸鹽等可溶性鹽，錳鹽為錳的硫酸鹽、硝酸鹽或鹽酸鹽等可溶性鹽。采用半液半固法將原料制成三元正極材料前驅(qū)體；該半液半固法是先將鎳鹽、鈷鹽和錳鹽配制成混合溶液，采用液相沉淀法獲得鎳鹽、鈷鹽和錳鹽的漿料狀混合物，再采用低溫固相反應(yīng)法得到三元正極材料前驅(qū)體。制得的三元正極材料前驅(qū)體的化學(xué)式為NixC0yMn1^ (OH)2，其中，0〈叉〈1,0〈5<1,且x+y〈l ;可如0.2 < X < 0.4,0.3 < y < 0.7等。在制備三元正極材料前驅(qū)體時(shí)，所配制的鎳鹽、鈷鹽和錳鹽的混合溶液濃度為0.2-5mol/L。
[0037]S2、制備導(dǎo)電碳分散體系:將導(dǎo)電碳分散于含有有機(jī)碳源的水溶液中。
[0038]該步驟S2中，導(dǎo)電碳均勻分散于含有有機(jī)碳源的水中的方法可采用超聲法、機(jī)械攪拌法及球磨法中一種或多種，分散時(shí)間為15-60min (分鐘)，該分散時(shí)間不限定在15-60min,只要達(dá)到分散均勻,少于15min或多于60min均可。導(dǎo)電碳和含有有機(jī)碳源的水之間的質(zhì)量體積比(g/ml)為1:10-100。在含有有機(jī)碳源的水中，有機(jī)碳源的重量百分含量為10-80%。其中，導(dǎo)電碳為石墨、碳納米管、石墨烯、乙炔碳黑及超導(dǎo)碳黑中的一種或多種，有機(jī)碳源為蔗糖、葡萄糖、聚丙烯酸、淀粉、聚乙二醇及間苯二酚中一種或多種。
[0039]S3、將三元正極材料前驅(qū)體和鋰化合物加入到導(dǎo)電碳分散體系中，混合均勻，獲得混合物。
[0040]該步驟S3中，鋰化合物為碳酸鋰、氫氧化鋰及氯化鋰中的一種或多種。三元正極材料前驅(qū)體和導(dǎo)電碳分散體系中的導(dǎo)電碳的質(zhì)量比為99.5:0.5-95:5，可根據(jù)實(shí)際需要采用對應(yīng)質(zhì)量比，優(yōu)選為99:1-97:3。
[0041]S4、將混合物在真空條件下烘干。
[0042]該步驟S4中，烘干的溫度為50_200°C，優(yōu)選60-100°C;時(shí)間為0.1-1Oh (小時(shí))，優(yōu)選 2-5h。
[0043]S5、將經(jīng)烘干的混合物在密閉條件下或惰性氣體保護(hù)的氣氛中高溫處理，獲得碳包覆三元正極材料，所述的高溫為500-1100°C。[0044]該步驟S5中，烘干的混合物可置于有惰性氣體保護(hù)的高溫爐中進(jìn)行處理，或不需惰性氣體保護(hù)而置于密閉的高溫爐中處理也可，目的是將三元正極材料前驅(qū)體形成三元正極材料，以及使得有機(jī)碳源經(jīng)高溫脫水碳化形成無定形碳。在密閉環(huán)境中高溫處理時(shí)，其中可有少許的氧氣，保證少許的氧氣不影響有機(jī)碳源脫水碳化的同時(shí)有助于三元正極材料前驅(qū)體形成三元正極材料。所述的高溫優(yōu)選為800-950°C ;處理時(shí)間為l_15h，優(yōu)選為6_10h。在惰性氣體保護(hù)的氣氛中高溫處理時(shí)，惰性氣體為氮?dú)饧皻鍤庵械囊环N或多種。惰性氣體的氣體流量為0.05-0.2L/min ;該氣體流量為惰性氣體通過面積為Im2的截面的氣體流量。
[0045]因此，該步驟S5中，經(jīng)高溫處理后，三元正極材料前驅(qū)體形成三元正極材料，導(dǎo)電碳分布在三元正極材料表面，有機(jī)碳源形成具有網(wǎng)絡(luò)狀的無定形碳，將導(dǎo)電碳和三元正極材料包覆起來，獲得碳包覆三元正極材料。其中，形成的三元正極材料的化學(xué)式為LiNixCoyMrvryO2，其中，0〈x〈l，0〈y〈l，且 x+y〈l ;可如 0.2 ≤ x ≤ 0.4,0.3 ≤ y ≤ 0.7 等。有機(jī)碳源在缺氧條件下經(jīng)高溫處理脫水碳化形成無定形碳，在三元正極材料表面形成均勻的薄薄一層導(dǎo)電層，有利于增加三元正極材料的電子導(dǎo)電性，從而提高該材料的倍率性能。且，該形成的無定形碳具有網(wǎng)絡(luò)狀，通過網(wǎng)絡(luò)狀將導(dǎo)電碳和三元正極材料包覆在一起，增加了三元正極材料和導(dǎo)電碳的導(dǎo)電媒介或電子遷移通道，有利于提高三元正極材料的倍率性能。該無定形碳還能抑制高溫處理時(shí)三元正極材料的晶體生長，有利于三元正極材料形成顆粒均勻的納米級顆粒，縮短電子和離子的遷移路徑，從而提高三元正極材料的倍率性能。該無定形碳包覆在三元正極材料表面還能效抑制該材料在充放電過程中的晶體畸變，從而提高三元正極材料的循環(huán)性能；該無定形碳還能有效降低三元正極材料與電解液的接觸面積，抑制了該材料與電解液的反應(yīng)活性，從而提高了三元正極材料的安全性能；無定形碳的網(wǎng)絡(luò)狀還能有效吸附電解液，有利于提高鋰離子的遷移速率，從而提高三元正極材料的倍率性能。
[0046]本發(fā)明的制備方法具有包覆均勻、操作簡單、成本低且效率高的特點(diǎn)，適合于產(chǎn)業(yè)化。本發(fā)明在合成三元正極材料的過程中加入導(dǎo)電碳，有利于導(dǎo)電碳均勻分布的同時(shí)，還減少了后續(xù)材料應(yīng)用過程中的加入導(dǎo)電碳和分散導(dǎo)電碳的工序，提高電池制作效率。
[0047]如圖2所示,上述制備方法制得的碳包覆三元正極材料,可包括三元正極材料1、導(dǎo)電碳2以及具有網(wǎng)絡(luò)狀的無定形碳3，導(dǎo)電碳2分布在三元正極材料I表面，定形碳3將該三元正極材料I和導(dǎo)電碳2包覆起來。該無定形碳3由有機(jī)碳源在缺氧條件下經(jīng)高溫處理脫水碳化形成。
[0048]以下通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0049]實(shí)施例1
[0050] S1、按化學(xué)計(jì)量比配制0.2mol/L的硫酸鎳、硫酸鈷和硫酸錳的混合溶液，采用半液半固法制備三元正極材料的前驅(qū)體Ni1/3Co1/3Mn1/3 (OH)2 ；
[0051]S2、采用機(jī)械攪拌法將5克石墨分散于500克蔗糖的水溶液(蔗糖的重量百分含量為10%)中，攪拌15分鐘，獲得導(dǎo)電碳分散體系；
[0052]S3、將125克三元正極材料前驅(qū)體和55克碳酸鋰加入導(dǎo)電碳分散體系中，采用機(jī)械攪拌法使其混合均勻，獲得混合物；
[0053]S4、將上述得到的混合物在50°C，抽真空條件下，烘干10小時(shí)；
[0054]S5、將烘干的混合物在500°C、氮?dú)饬髁繛?.2L/min的高溫爐中高溫處理15小時(shí)，即得到碳包覆三元正極材料。
[0055]實(shí)施例2
[0056]S1、按化學(xué)計(jì)量比配制0.5mol/L的硫酸鎳、硫酸鈷和硫酸錳的混合溶液，采用半液半固法制備三元正極材料的前驅(qū)體Ni1/3Co1/3Mn1/3 (OH)2 ；
[0057]S2、采用機(jī)械攪拌法將4克乙炔碳黑分散于300克葡萄糖的水溶液(葡萄糖的重量百分含量為30%)中，攪拌時(shí)間為30分鐘；
[0058]S3、將76克三元正極材料前驅(qū)體和45克碳酸鋰加入導(dǎo)電碳分散體系中，采用機(jī)械攪拌法使其混合均勻，獲得混合物；
[0059]S4、將上述得到的混合物在60°C，抽真空條件下，烘干5小時(shí)；
[0060]S5、將烘干的混合物在800°C、密閉的高溫爐中高溫處理10小時(shí)，即得到碳包覆三元正極材料。
[0061]實(shí)施例3
[0062]S1、按化學(xué)計(jì)量比配制lmol/L的硫酸鎳、硫酸鈷和硫酸錳的混合溶液，采用半液半固法制備三元正極材料的前驅(qū)體Nia4Coa4Mna2 (OH)2 ；
[0063]S2、采用機(jī)械攪拌法將3克碳納米管分散于250克蔗糖的水溶液(蔗糖的重量百分含量為50%)中，攪拌時(shí)間為40分鐘；
[0064]S3、將97克三元正極材料前驅(qū)體和45克碳酸鋰加入導(dǎo)電碳分散體系中，采用機(jī)械攪拌法使其混合均勻，獲得混合物；
[0065]S4、將上述得到的混合物在100°C，抽真空條件下，烘干2小時(shí)；
[0066]S5、將烘干的混合物在800°C、氮?dú)饬髁繛?.lL/min的高溫爐中高溫處理10小時(shí)，即得到碳包覆三元正極材料。
[0067]實(shí)施例4
[0068]S1、按化學(xué)計(jì)量比配制3mol/L的硫酸鎳、硫酸鈷和硫酸錳的混合溶液，采用半液半固法制備三元正極材料的前驅(qū)體Nia3Coa6Mnai (OH)2 ；
[0069]S2、采用機(jī)械攪拌法將5克碳納米管分散于50克蔗糖的水溶液(蔗糖的重量百分含量為70%)中，攪拌時(shí)間為45分鐘；
[0070]S3、將125克三元正極材料前驅(qū)體和55克碳酸鋰加入導(dǎo)電碳分散體系中，采用機(jī)械攪拌法使其混合均勻，獲得混合物；
[0071]S4、將上述得到的混合物在150°C，抽真空條件下，烘干3小時(shí)；
[0072]S5、將烘干的混合物在950°C、密閉的高溫爐中高溫處理6小時(shí)，即得到碳包覆三元正極材料。
[0073]實(shí)施例5
[0074]S1、按化學(xué)計(jì)量比配制5mol/L的硫酸鎳、硫酸鈷和硫酸錳的混合溶液，采用半液半固法制備三元正極材料的前驅(qū)體Nia2Coa7Mnai (OH)2 ；
[0075]S2、采用機(jī)械攪拌法將5克碳納米管分散于300克淀粉的水溶液(淀粉的重量百分含量為80%)中，攪拌時(shí)間為60分鐘；
[0076]S3、將125克三元正極材料前驅(qū)體和55克碳酸鋰加入導(dǎo)電碳分散體系中，采用機(jī)械攪拌法使其混合均勻，獲得混合物；
[0077]S4、將上述得到的混合物在200°C，抽真空條件下，干燥30min ；[0078]S5、將烘干的混合物在1100°C、氮?dú)饬髁繛?.05L/min的高溫爐中高溫處理I小時(shí)，即得到碳包覆三元正極材料。
[0079]實(shí)施例6
[0080]S1、按化學(xué)計(jì)量比配制4mol/L的硫酸鎳、硫酸鈷和硫酸錳的混合溶液，采用半液半固法制備三元正極材料的前驅(qū)體Nia2Coa7Mnai (OH)2 ；
[0081]S2、采用機(jī)械攪拌法將2克乙炔碳黑分散于100克葡萄糖的水溶液(葡萄糖的重量百分含量為60%)中，攪拌時(shí)間為15分鐘；
[0082]S3、將198克三元正極材料前驅(qū)體和60克碳酸鋰加入導(dǎo)電碳分散體系中，采用機(jī)械攪拌法使其混合均勻，獲得混合物；
[0083]S4、將上述得到的混合物在80°C，抽真空條件下，烘干4小時(shí)；
[0084]S5、將烘干的混合物在900°C、密閉的高溫爐中高溫處理8小時(shí)，即得到碳包覆三元正極材料。
[0085]實(shí)施例7
[0086]S1、按化學(xué)計(jì)量比配制3mol/L的硫酸鎳、硫酸鈷和硫酸錳的混合溶液，采用半液半固法制備三元正極材料的前驅(qū)體Nia2Coa7Mnai (OH)2 ；
[0087]S2、采用機(jī)械攪拌法將3克乙炔碳黑分散于300克葡萄糖的水溶液(葡萄糖的重量百分含量為80%)中，攪拌時(shí)間為20分鐘；
[0088]S3、將597克三元正極材料前驅(qū)體和200克碳酸鋰加入導(dǎo)電碳分散體系中，采用機(jī)械攪拌法使其混合均勻，獲得 混合物；
[0089]S4、將上述得到的混合物在160°C，抽真空條件下，烘干3小時(shí)；
[0090]S5、將烘干的混合物在1000°C、氮?dú)饬髁繛?.2L/min的高溫爐中高溫處理2小時(shí)，即得到碳包覆三元正極材料。
[0091]上述實(shí)施例中高溫爐容積可均為lm3，其中氮?dú)馔ㄟ^的截面面積約為lm2。通過上述實(shí)施例1-7所制得的碳包覆三元正極材料，可如圖2所示。用實(shí)施例1制得的碳包覆三元正極材料的鋰離子電池，采用新威測試分容柜在常溫常壓的測試電池的倍率性能，其倍率性能曲線圖可如圖3所示；其中，橫軸為電池容量保持率，縱軸為電壓，五條曲線從下到上依次為3.0C、2.0CU.0C、0.5C及0.2C條件下的曲線。從圖中曲線可知，在0.2C(最上方曲線)電池容量保持率100%，在0.5C電池容量保持率98%，在1.0C電池容量保持率95%，在
2.0C電池容量保持率92%，在3.0C (最下方曲線)電池容量保持率88%，從而可知使用該碳包覆三元正極材料的鋰離子電池，具有高倍率性能。
[0092]在常溫常壓下，用IC的電流對使用該碳包覆三元正極材料的鋰離子電池進(jìn)行充放電循環(huán)，采用新威爾測試柜測試的容量循環(huán)，進(jìn)行1000次循環(huán)測試，測試次數(shù)與容量保持率的曲線圖如圖4所示，從中可知，在1000磁循環(huán)測試后，電池的容量保持率83%，循環(huán)性會(huì)泛1?。
[0093]用實(shí)施例2至實(shí)施例7制得的碳包覆三元正極材料的鋰離子電池所測得的倍率性能曲線和循環(huán)性能曲線與實(shí)施例1大致相同，均具有較高倍率性能和循環(huán)性能。
[0094]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改、組合和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種碳包覆三元正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、以鎳鹽、鈷鹽和錳鹽為原料，制備三元正極材料前驅(qū)體； 52、制備導(dǎo)電碳分散體系:將導(dǎo)電碳分散于含有有機(jī)碳源的水中； 53、將所述三元正極材料前驅(qū)體和鋰化合物加入到所述導(dǎo)電碳分散體系中，混合均勻，獲得混合物； 54、將所述混合物在真空條件下烘干； 55、將經(jīng)烘干的所述混合物在密閉條件下或者惰性氣體保護(hù)的氣氛中，于500-1100°C下高溫處理；所述三元正極材料前驅(qū)體形成三元正極材料，所述導(dǎo)電碳分布在所述三元正極材料表面，所述有機(jī)碳源形成具有網(wǎng)絡(luò)狀的無定形碳，將所述導(dǎo)電碳和三元正極材料包覆起來，獲得碳包覆三元正極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳包覆三元正極材料的制備方法，其特征在于，步驟SI中，制得的所述三元正極材料前驅(qū)體的化學(xué)式為NixCoyMn^y (OH)25步驟S5中，形成的所述三元正極材料的化學(xué)式為LiNixCoyMnnyO2 ;其中，0〈x〈l，0〈y〈l，且x+y〈l。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳包覆三元正極材料的制備方法，其特征在于，步驟SI中，所述鎳鹽為鎳的硫酸鹽、硝酸鹽或鹽酸鹽，所述鈷鹽為鈷的硫酸鹽、硝酸鹽或鹽酸鹽，所述錳鹽為錳的硫酸鹽、硝酸鹽或鹽酸鹽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳包覆三元正極材料的制備方法，其特征在于，步驟SI中，采用半液半固法將所述原料制成三元正極材料前驅(qū)體； 所述半液半固法是先將所述鎳 鹽、鈷鹽和錳鹽配制成混合溶液，采用液相沉淀法獲得所述鎳鹽、鈷鹽和錳鹽的漿料狀混合物，再采用低溫固相反應(yīng)法得到所述三元正極材料前驅(qū)體； 所述鎳鹽、鈷鹽和錳鹽的混合溶液濃度為0.2-5mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳包覆三元正極材料的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述導(dǎo)電碳和所述含有有機(jī)碳源的水之間的質(zhì)量體積比為1:10-100 ； 所述含有有機(jī)碳源的水中，有機(jī)碳源的重量百分含量為10-80%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳包覆三元正極材料的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述導(dǎo)電碳為石墨、碳納米管、石墨烯、乙炔碳黑及超導(dǎo)碳黑中的一種或多種，所述有機(jī)碳源為蔗糖、葡萄糖、聚丙烯酸、淀粉、聚乙二醇及間苯二酚中的一種或多種； 步驟S3中，所述鋰化合物為碳酸鋰、氫氧化鋰及氯化鋰中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳包覆三元正極材料的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述三兀正極材料前驅(qū)體和導(dǎo)電碳分散體系中的導(dǎo)電碳的質(zhì)量比為99.5:0.5-95:5。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳包覆三元正極材料的制備方法，其特征在于，步驟S5中，所述惰性氣體的氣體流量為0.05-0.2L/min ;所述惰性氣體為氮?dú)饧皻鍤庵械囊环N或多種。
9.一種碳包覆三元正極材料，其特征在于，采用權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的碳包覆三元正極材料的制備方法制得。
10.一種碳包覆三元正極材料,其特征在于,包括三元正極材料、導(dǎo)電碳以及具有網(wǎng)絡(luò)狀的無定形碳，所述導(dǎo)電碳分布在所述三元正極材料表面，所述無定形碳將所述導(dǎo)電碳和三元正極材料包覆起來。
【文檔編號】H01M4/525GK103474628SQ201310433513
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】龍翔, 黃澤偉, 蔣新欣, 呂進(jìn)寶, 覃定員, 劉燦, 梁詩章, 楊靜 申請人:深圳市倍特力電池有限公司