[发明专利]碳包覆三元正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种碳包覆三元正极材料及其制备方法和应用。该方法包括：(1)采用碳源包覆三元正极材料，得到前驱体材料；(2)采用光辐照所述前驱体材料，得到碳包覆三元正极材料。本发明采用光辐照进行炭化，提高了碳源与基体材料的结合力，得到碳包覆三元正极材料，提高了材料的稳定性和导电性。同时，将本发明提供的碳包覆三元正极材料用于锂离子电池中，具有较高的耐腐蚀性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种碳包覆三元正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

高镍三元材料作为一种重要的锂离子电池正极材料，由于这种材料表面化学活性高，往往需要进行后续钝化处理，一般将高镍三元正极材料浸泡在电解液中使用，为提高其对电解液的耐腐蚀性能，通常需要在材料表面包覆一层保护性膜层。

CN108933238A公开一种改性三元正极材料及其制备方法，通过持续搅拌混合有三元材料的纳米钛溶胶分散液，进行湿法预处理，然后加热得到二氧化钛包覆的材料，搅拌时间0.5-10h，热处理温度300-1000℃，该法有效隔离活性物质与电解液的直接接触，提高了耐腐蚀性能；CN110247031A公开一种用钴酸锂包覆高镍三元正极材料，提高其耐腐蚀性能；近来Sven Neudeck等人在文献Effect of Low-Temperature Al₂O₃ ALD Coating on Ni-Rich Layered Oxide Composite Cathode on the Long-Term Cycling Performance ofLithium-Ion Batteries(Nature/Scientific Reports(2019)9:5328)中报道以NCM(622)为基体，通过ALD(原子层沉积)技术表面沉积Al₂O₃，显著抑制腐蚀等副反应，改善了材料的稳定性。

高镍三元材料表面残碱量高，在匀浆及涂布过程中容易发生胶凝，使得加工性能变差，单纯的表面包覆无机物很难有效覆盖基体材料，因而不能完全解决残碱问题。CN109728277A公开一种对高镍三元正极材料进行表面处理的方法，以具有酸性的聚丙烯酸为包覆体，降低了表面碱性。

碳材料具有抗腐蚀性能强、耐酸碱和高电导率等优势，因此，碳包覆是一种处理正极材料最常见的手段。例如：磷酸铁锂是绝缘体，但在包覆一层导电碳后成为一种重要的锂离子电池正极材料。然而碳具有还原性，包覆碳通常需要在隔绝氧气条件下进行。这对常规正极材料，如钴酸锂、磷酸铁锂等影响较小，但对高镍三元正极材料来说，非常困难，因为该材料的固相合成一般是在氧气氛下进行，显然氧会将所得碳材料气化。

CN109888250A公开一种常温碳包覆单晶镍钴锰三元正极材料的方法，以一定比例卤代胆碱基化合物、卤代羧酸混合为碳源溶液，以单晶镍钴锰三元材料为基体，通过液相电沉积的方法在其表面包覆了一层碳，沉积电压10-20V，沉积时间3-5h，该方法避免了高温包覆碳层对晶型结构的破坏问题。

CN109742349A公开一种以MOF为碳源的碳包覆高容量富锂锰基三元正极材料的方法，通过水热反应24-72h隔绝氧气，在材料表面包覆了一层碳，在25mA/g电流下，首次放电容量为239mAh/g，经过100次充放电之后，容量保持为142mAh/g。