[发明专利]氧化物包覆氮化纳米碳管负载镍钴锰正极材料的制备及应用

说明书

本发明提供了氧化物包覆氮化纳米碳管负载镍钴锰正极材料的制备及应用，通过制备氮化纳米碳管、产物Ⅰ氮化纳米碳管负载掺杂镍钴锰氢氧化物的镍钴锰三元正极材料前驱体内核P1、产物Ⅱ以P1为内核和具有镍钴锰浓度梯度外壳三元正极材料前驱体P2、产物Ⅲ以氮化纳米碳管负载掺杂镍钴锰三元正极材料为内核和具有镍钴锰浓度梯度外壳的三元正极材料C1和产物Ⅳ氧化物包覆的氮化纳米碳管负载掺杂镍钴锰三元正极材料为内核和具有镍钴锰浓度梯度外壳的三元正极材料C2，制得的氧化物包覆氮化纳米碳管负载镍钴锰正极材料具有高倍率、高容量和高容量保持率。通过调节实验参数，内核和外壳粒径和组分可控，是高容量高倍率锂离子二次电池理想的正极材料。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及锂离子二次电池氧化物包覆氮化纳米碳管负载镍钴锰正极材料的制备及应用。

背景技术

碳纳米管自1991年发现以来，以优异的特性在电学、催化、力学、薄膜和量子器件等方面得到广泛应用。异质元素在碳纳米管的掺杂能有效提高碳纳米管的电子结构和导电性。氮元素在碳纳米管中的掺杂是研究的热点。

掺氮元素碳纳米管在重金属离子比如溶液中二价铅离子检测中有应用前景(李善金,李奕怀,汪玲玲,吴敏昌,乔永民,王利军，氮掺杂碳纳米管的制备及其在铅离子检测中的应用，上海第二工业大学学报，2014年12月，第31卷，第4期，301-305).

纳米碳管具有高比表面积、高导电率和反应活性，反应物离子可以均匀地分散在纳米碳管表面，在纳米碳管表面高反应活性sp2杂化位点催化条件下，化学反应更易进行，可以制备得到成分粒径均一的纳米颗粒和纳米碳管的复合材料。

新能源产业是我国国策。动力电池能量密度和高功率充放电是动力电池关键技术。提高锂离子二次电池正极材料克容量和倍率性能是正极材料发展方向。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种氧化物包覆氮化纳米碳管负载镍钴锰正极材料的制备及应用。

本发明提供的氧化物包覆氮化纳米碳管负载镍钴锰正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：将纳米碳管和氮源按摩尔比混合均匀，在真空或保护气体氛围下煅烧，自然冷却，制备得到混合物；将上述混合物加入去离子水中，搅拌、过滤，制备得到氮化纳米碳管；将氮化纳米碳管溶解在去离子水中，搅拌、过滤，除去不溶颗粒物，制备得到氮化纳米碳管水溶液；

步骤2)：将镍盐、钴盐和锰盐按镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)三元素和其他金属(M)盐按摩尔比溶于步骤1)制备得到的氮化纳米碳管水溶液，通入保护气氛，搅拌，调节溶液pH值和溶液温度，经过反应时间，制备得到产物Ⅰ氮化纳米碳管负载掺杂镍钴锰氢氧化物的镍钴锰三元正极材料前驱体P1；

步骤3)：将步骤2)制备得到的氮化纳米碳管负载掺杂镍钴锰氢氧化物的镍钴锰三元正极材料前驱体P1反应溶液，加入一定比例镍盐、钴盐、锰盐和其他金属盐水溶液，或将步骤3)制备得到的氮化纳米碳管负载掺杂镍钴锰氢氧化物的镍钴锰三元正极材料前驱体P1，加入一定比例镍盐、钴盐、锰盐和其他金属盐水溶液中，通入保护气氛，调节溶液pH值和溶液温度，制备得到产物Ⅱ以P1为内核具有浓度梯度镍钴锰三元正极材料前驱体P2；

步骤4)：将步骤3)将镍钴锰三元正极材料前驱体P2、锂盐、氧化物和氟化物按摩尔比混合均匀，在空气或氧气气氛下煅烧和冷却，制备得到产物Ⅲ以氮化纳米碳管负载掺杂镍钴锰三元正极材料为核具有浓度梯度镍钴锰三元正极材料C1；

步骤5)：将步骤4)制备得到的镍钴锰三元正极材料C1和氧化物按摩尔比混合均匀，在空气或氧气气氛下煅烧和冷却，制备得到产物Ⅳ氧化物包覆的氮化纳米碳管负载掺杂镍钴锰三元正极材料为核具有一定浓度梯度镍钴锰三元正极材料C2。