[发明专利]一种金属氧化物和石墨烯改性的用于提升全电池性能的三元正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种金属氧化物和石墨烯改性的用于提升全电池性能的三元正极材料的制备方法，属于锂离子电池电极材料的技术领域。该方法先将纳米氧化铝（Al₂O₃），石墨烯粉体（Gs），一定量的层状过渡金属氧化物分散于溶剂N‑甲基吡咯烷酮中，充分均匀搅拌后得到正极浆料，将浆料转移至涂布机，以全电池制备工艺为基础进行涂布得到正极极片，标记为NCM523‑Al₂O₃Gs；以石墨（TB‑17）作为负极，匹配NCM523‑Al₂O₃Gs制作全电池。本发明提供了一种利用金属氧化物和石墨烯粉体来提升锂离子电池材料的电导率以及材料界面兼容性的合成策略，合成出的NCM523‑Al₂O₃Gs材料分散均匀，简易高效且明显提升电化学性能，适于工业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备技术领域，具体涉及一种金属氧化物和石墨烯改性的用于提升全电池性能的三元正极材料的制备方法。

技术背景

目前，高性能锂离子电池(LIBs)在电动汽车和混合动力汽车领域发挥着越来越重要的作用。追求具备高能量密度和高功率性能的正极材料逐渐成为研究的热点，与传统的LiFePO₄和LiCoO₂正极材料相比，层状过渡金属氧化物(LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，NCM)正极材料因其比容量大、成本低、循环稳定性好而成为最有希望实现这一要求的候选材料。

然而，一些不可避免的短板将会影响该材料的循环寿命，很大程度上限制了它的广泛应用。首先，Li⁺(0.076nm)和Ni²⁺(0.069nm)离子半径的相似性导致Li/Ni排列紊乱，进一步引起材料内应力增加，材料内部产生裂纹；其次，由于电导率差导致电极界面极化，不仅使LIBs的不可逆容量损失严重，还使其倍率性能变差。

针对上述问题，有报道提出了多种有效策略，包括形貌控制、离子掺杂和表面修饰等。许多文章指出，金属氧化物(如Al₂O₃)的涂覆或混合对改善NCM活性材料的电化学性能有很大的改善。特别是，Al₂O₃涂层有助于提高软包全电池的循环性能，有效地防止过渡金属的溶解。此外，人们普遍认为碳纳米材料特别是石墨烯具有优良的导电性和二维(2D)结构，可以为电子的传输提供多种路径，显著提高了结构稳定性、循环寿命和材料电导性能。但是这些报道表明单一策略可以调节NCM材料的性能，因此急需寻找其它更加高效便捷的改性方法来提升正极材料的电化学性能。

发明内容

为了解决NCM正极材料存在的上述问题，本发明提供一种金属氧化物和石墨烯改性的用于提升全电池性能的三元正极材料的制备方法，能制备出电化学性能优良的NCM正极材料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)分别将纳米氧化铝(标记为Al₂O₃)，石墨烯粉体(标记为Gs)，一定量的层状过渡金属氧化物正极材料LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(标记为NCM523)以及导电剂(如Super P)和粘结剂(如聚偏氟乙烯)分散于溶剂N-甲基吡咯烷酮中(标记为NMP)，经过行星搅拌机充分均匀搅拌后得到粘稠性较好的正极浆料；

2)将浆料转移至涂布机，以全电池制备工艺为基础进行涂布得到正极极片，标记为NCM523-Al₂O₃Gs；

3)以石墨(TB-17)作为负极，匹配NCM523-Al₂O₃Gs制作锂离子全电池。