[发明专利]一种还原氧化石墨烯-氧化镍钴铝锂复合正极材料、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种还原氧化石墨烯‑氧化镍钴铝锂复合正极材料、其制备方法及其应用，复合正极材料包括还原氧化石墨烯和所述还原氧化石墨烯包覆的具有式Ⅰ结构的材料：LiNi_xCo_yAl_1‑x‑yO₂式Ⅰ；0.8<x<1，0.01<y<0.2。该材料通过采用非活性物质石墨烯包覆具有式Ⅰ结构的材料，导电性提高，从而使其具有较高首次放电容量和循环性能，还具有较高的倍率性能和热稳定性。在2.7～4.3V，0.1C电流下，材料首次放电比容量达到215.8mAh·g^‑1，首次库伦效率为91.01％；1C电流下循环200周，容量保持率在85.6％，石墨烯掺杂氧化镍钴铝锂复合正极材料能够有效提高材料的吸收峰温度。

技术领域

本发明属于锂电池材料技术领域，尤其涉及一种还原氧化石墨烯-氧化镍钴铝锂复合正极材料、其制备方法及其应用。

背景技术

自索尼公司于1990年最先将锂离子电池实用化，直至今日一直受到极大关注。锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长、自放电程度小、无记忆效应、环境友好等特点而得到广泛的应用于电动工具、数码产品和医疗设备等方面。锂离子电池主要是由正负极材料、隔膜、电解液等部分组成的，而正极材料是决定锂离子电池整体性能及成本的最核心的部分之一，其特性对电池的能量密度、循环寿命、安全性等具有直接影响，所以其研究与进展一直受到科学界的广泛关注。

随着信息时代的不断发展，对锂离子电池的各项性能也产生了更高的要求。目前，最具商用价值的三元正极材料主要为富镍型的镍钴铝酸锂LiNi_xCo_yAl_1-x-y0₂(0.8&lt;x&lt;1，0.01&lt;y&lt;0.2)，其综合了LiCoO₂的稳定性、LiNiO₂的高容量性等优点，具有极高的比容量，是取代LiCoO₂的最理想材料，已成为近年来动力电池行业的研究重点之一。

但是随着镍含量的增加，使得其综合性能存在不足:①在高脱锂状态下的镍钴铝(NCA)有着高浓度的不稳定的Ni⁴⁺离子，会在NCA材料表面生成更稳定的NiO，使材料表面阻抗增加，降低容量。②NCA正极材料在空气中表面会像其他富镍系正极材料一样快速地吸收水和二氧化碳而生成氢氧化锂和碳酸锂，其中氢氧化锂能与电解液六氟磷酸锂反应生成HF。一种用来改善富镍型正极材料的电化学性能和热稳定性的有效途径是在NCA正极材料包覆一层非活性的纳米层，这些包覆层能有效的减少活性材料与电解液的直接接触，减轻其受到的电解液腐蚀，同时也减少了本体材料金属离子的溶出，维持材料在充放电过程中的结构稳定。但这样做的话，导电性又存在不足。因此，需要探索能有效解决上述问题的方法显得格外重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种还原氧化石墨烯-氧化镍钴铝锂复合正极材料、其制备方法及其应用，该复合正极材料具有较高的容量和循环性能。

本发明提供了一种还原氧化石墨烯-氧化镍钴铝锂复合正极材料，包括还原氧化石墨烯和所述还原氧化石墨烯包覆的具有式Ⅰ结构的材料：

LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂ 式Ⅰ；

其中，0.8&lt;x&lt;1，0.01&lt;y&lt;0.2。

优选地，所述还原氧化石墨烯和具有式Ⅰ结构的材料的质量比为0.5～5:95～99.5。

优选地，所述0.8&lt;x&lt;0.85；0.12&lt;y&lt;0.2。

优选地，所述x＝0.815；y＝0.15。