[发明专利]一种纳米碳材料改性锂镍钴锰氧化物正极材料及制备方法

说明书

本发明提供一种纳米碳材料改性锂镍钴锰氧化物正极材料及制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将锂镍钴锰氧化物进行破碎和热处理得到锂镍钴锰氧化物的一次颗粒；(2)制备纳米碳材料复合所述一次颗粒的水分散液；(3)将所述水分散液进行喷雾干燥，造粒，即得所述纳米碳材料改性锂镍钴锰氧化物正极材料。本发明的制备方法先通过破碎处理将锂镍钴锰氧化物的二次颗粒破碎为一次颗粒，之后再与纳米碳材料进行复合，可以实现纳米碳材料在锂镍钴锰氧化物的二次颗粒表面完全包覆以及在二次颗粒内部的一次颗粒间复合形成良好的导电网络，从而更好地改善正极材料的倍率性能和循环性能，而且该制备方法较为简单，成本低，适于大规模生产。

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料领域，更具体地，涉及一种纳米碳材料改性锂镍钴锰氧化物正极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池因其高能量密度等特性，已在便携式电子产品，电动汽车和储能电站等领域广泛应用。锂镍锰钴氧化物材料因其高容量和价格低廉特性，是实现高能量密度动力电池的优选材料。其中，富锂锰基层状氧化物是比容量最高的镍钴锰正极材料，其比容量可以达到250mAh/g以上，是实现锂离子电池能量密度350～400Wh/kg的希望。但是富锂锰基层状氧化物的结构不稳定和导电性差等特点，导致其倍率性能和容量衰减问题很严重。通过将富锂锰基层状氧化物与纳米碳材料复合能够提升该材料的导电性从而提高其倍率性能。

纳米碳材料因其具有优异的导电特性，被应用于锂离子电池电极材料中，能够显著提升电子电导和离子输运能力。碳纳米管的一维纤维状结构能够有效地连接电极活性材料，形成连续地三维“导电网络”；碳纳米管的高机械强度，添加后能够使电极极片具有较高的韧性，可有效抑制电极材料在充放电循环过程中因体积变化而引起的剥落；碳纳米管的高长径比和高比表面积，在电极材料中均匀掺杂后，可提高电解质在电极材料中的浸润能力。因此，众多专利将碳纳米管用于电极的导电浆料制备(比如专利CN108365223A和CN10486812A)。同样，石墨烯作为电极材料的导电添加剂，即在制备电池极片时加入石墨烯，可以减少炭黑等导电剂的使用(比如专利CN103560248 A和CN106784827A)。总之，将适量的碳纳米管或石墨烯加入电极材料中，可提高锂离子电池的功率密度和循环性能。但是，碳纳米管和石墨烯疏水性强、易团聚，在正极极片制备过程中不易与正极活性物质分散均匀，而过长时间的机械强力分散会影响正极材料的微观形态，化学分散剂的过多加入则会影响导电性。

也有专利报道了通过碳纳米管或石墨烯与锂镍钴锰氧化物制备复合正极材料来改善正极材料的导电性和化学稳定性的工作。专利CN108155358A将碳纳米管和镍钴锰酸锂依次加入含有表面活性剂的水溶液中，通过球磨分散和惰性气氛焙烧制备了碳管和镍钴锰酸锂的复合材料，最终碳纳米管缠绕在镍钴锰酸锂球形颗粒表面。专利CN107689449A通过在正极材料表面氧化镍源制备的NiO，来催化甲烷或乙炔等碳源，从而在正极材料表面外延式生长一层碳纳米管，实现了碳纳米管包覆正极材料。专利CN107910532A用机械剥离的石墨烯与层状氧化物正极材料进行复合。又如，专利CN106711435A公开了一种层状富锂锰基/石墨烯纳米带正极复合材料，用石墨烯纳米带与共沉淀制备的富锂锰基材料在水中进行超声分散，经过机械搅拌进行复合。

但是，上述文献及现有技术中，碳纳米管或石墨烯与锂镍钴锰氧化物的复合方式都是将碳纳米管或石墨烯与锂镍钴锰氧化物二次颗粒复合。锂镍钴锰氧化物的微观形貌一般是由一次颗粒通过分子间作用力聚集而形成的二次颗粒。因此，现有技术没有改善二次颗粒内部大量的一次颗粒之间的导电状况，故对正极材料的倍率性能和循环性能提高有限。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种纳米碳材料改性锂镍钴锰氧化物正极材料及制备方法。

本发明提供一种纳米碳材料改性锂镍钴锰氧化物正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锂镍钴锰氧化物进行破碎和热处理得到锂镍钴锰氧化物的一次颗粒；