[发明专利]一种对高镍三元材料进行碳包覆改性的方法

说明书

本发明涉及一种对高镍三元材料进行碳包覆改性的方法，属于锂离子电池技术领域。本发明的碳包覆的高镍三元材料为在高镍三元材料表面利用射频等离子体进行碳包覆。本发明在高镍三元材料表面形成的碳包覆层可以在较低的温度下、较短的时间内进行，而不破坏高镍三元材料的结构。表面的碳包覆层有效的提高了高镍三元材料的界面稳定性，减少表面的残锂生成残碱，抑制其表面与电解液发生副反应。碳包覆层有效的减少了高镍三元材料表面的寄生反应，有利于提高首次放电容量，提高循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种对高镍三元材料进行碳包覆改性的方法。

背景技术

随着新能源汽车以及穿戴式电子产品的发展，锂离子电池的发展受到广泛关注，三元电极材料尤其是高镍三元材料更是成为科研人员的研究热点之一。其具有高比容量、高能量密度、高标椎电压、较高的压实密度、低成本等优势，但是其自身存在的缺陷导致较易发生锂镍混排、材料表面较易吸水生成残碱，材料表面与电解液发生副反应，从而导致循环稳定性差、安全性能差等，影响其大规模的商业化应用。

研究人员通过体相掺杂镁、铝、钛、锆、氟等元素来抑制材料的锂镍混排比例，稳定材料的结构，提高循环稳定性。表面包覆三氧化二铝、偏铝酸锂、聚吡咯等来抑制材料表面与电解液发生副反应，形成浓度梯度减少内部材料与电解液表面发生副反应，提高循环寿命、热稳定性，对高镍三元材料进行改性，提高材料的循环稳定性。但是这种传统的高镍三元材料的循环稳定性、首次放电容量、首次放电效率还有待进一步提高，所以需要进一步的改性。鉴于此，有必要选择一种有效的表面包覆方法，来进一步提升高镍三元材料的电化学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种对高镍三元材料进行碳包覆改性的方法，以减少其表面残碱的生成、减少电极材料表面与电解液发生副反应，提高电极材料的循环稳定性、首次放电容量以及首次效率。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种对高镍三元材料进行碳包覆改性的方法，具体为，将高镍三元材料置于反应室中，在稀释的反应性气体中，在射频等离子体下，反应20～120min，反应温度为100℃～300℃，反应室的总气压维持在10～1000Pa，射频等离子体的电源输出功率为100～300W，所述稀释的反应性气体是由稀释气体和反应性气体按照体积比1:1～10混合而成，由此制得碳包覆的高镍三元材料。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述反应性气体为甲烷、乙烷、乙炔和四氟化碳中的一种或几种混合气体。

进一步的，所述稀释气体为氩气、氮气、氦气和氖气中的任意一种。

进一步的，所述高镍三元材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)配置溶液A：将镍源、钴源、锰源按照化学计量比8:1:1溶于去离子水，配制成0.5～4mol/L的溶液A；

(2)配制溶液B：将沉淀剂配制成0.5～4mol/L的溶液B；

(3)配置溶液C：将氨水配制成1～4mol/L的溶液C；

(4)将上述溶液A、B、C泵入反应釜中，转速为300～1000r/min，控制PH值为10～12，其中，反应时间为12～36h，反应温度为50～60℃，反应气氛为氮气保护气氛，得到第一反应物；

(5)将所述第一反应物依次进行过滤、洗涤和干燥处理后，得到前驱体材料；

(6)将所述前驱体材料与锂源按照1:1.05混合研磨，在氧气气氛中以2～5℃/min升温至450～500℃预烧，再以2～5℃/min升温至750～800℃煅烧，得到高镍三元材料。