一種鋰離子電池正極材料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于儲能研究領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池正極材料，所述鋰離子電池正極材料的顆粒直徑D1為1μm?200μm，所述鋰離子電池正極材料為二次顆粒結(jié)構(gòu)，所述二次顆粒由一次顆粒及電子傳導(dǎo)組分組成，所述一次顆粒粒徑為D2，D2≤0.5D1；所述電子傳導(dǎo)組分中包括石墨烯片層，所述一次顆粒與所述石墨烯片層均勻分散；所述石墨烯片層厚度h1≤100nm，所述石墨烯片層平面直徑d1≤0.5D1，即選擇片層尺寸不超過二次顆粒結(jié)構(gòu)的半徑，使得二維石墨烯片層對離子擴(kuò)散具有較低的阻礙作用。

Cathode material for lithium ion battery and preparation method thereof

The invention belongs to the field of energy storage, in particular to a cathode material of lithium ion battery, cathode material of the lithium ion battery D1 particle diameter is 1 m 200 m, cathode material of the lithium ion battery is two times the grain structure, the two particles by a particle and electron conduction the group consists of a particle size is D2, D2 or 0.5D1; the electronic conduction components including graphite, the primary particles and the graphene layers and uniformly dispersed; the graphene layer thickness of H1 is less than or equal to 100nm, the graphite plane the diameter of D1 is less than or equal to 0.5D1, namely the sheet size of not more than two times the radius of the particle structure, the two-dimensional graphene layer on ion diffusion has hindered the low.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種鋰離子電池正極材料及其制備方法
本專利技術(shù)屬于儲能材料
，特別涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
鋰離子電池以其快速充放電、低溫性能好、比能量大、自放電率小、體積小、重量輕等優(yōu)勢，自其誕生以來，便給儲能領(lǐng)域帶來了革命性的變化，被廣泛應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備和電動汽車中。然而隨著人們生活水平的提高，更高的用戶體驗(yàn)對鋰離子電池提出了更高的要求：更長的待機(jī)時(shí)間、更加快速的充放電速度等；為了解決上述問題必須尋找新的性能更加優(yōu)異的電極材料。目前商業(yè)化的鋰離子電池正極材料，基本均為半導(dǎo)體或絕緣體，材料顆粒本身的導(dǎo)電性能非常差，為了解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)主要有將材料顆粒納米化之后造球得到二次顆粒結(jié)構(gòu)、一次顆粒造球過程中加入具有優(yōu)良導(dǎo)電性能的導(dǎo)電材料等等，以提高正極材料整體顆粒的導(dǎo)電性能；同時(shí)采用包覆技術(shù)，對材料表面進(jìn)行包覆，從而增加材料表面的導(dǎo)電性能。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈·K·海姆(AndreK.Geim)等采用機(jī)械剝離法首次制備得到石墨烯(Graphene)，由此拉開了該材料制備、運(yùn)用研究的序幕。所謂石墨烯，是指碳原子之間呈六角環(huán)形排列的一種片狀體，通常由單層或多層石墨片層構(gòu)成，可在二維空間無限延伸，可以說是嚴(yán)格意義上的二維結(jié)構(gòu)材料。其具有比表面積大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)良、熱膨脹系數(shù)低等突出優(yōu)點(diǎn)：具體而言，高的比表面積(理論計(jì)算值：2630m2/g)；高導(dǎo)電性、載流子傳輸率(200000cm2/V·s)；高熱導(dǎo)率(5000W/mK)；高強(qiáng)度，高楊氏模量(1100GPa)，斷裂強(qiáng)度(125GPa)。因此其在儲能領(lǐng)域、熱傳導(dǎo)領(lǐng)域以及高強(qiáng)材料領(lǐng)域具有極大的運(yùn)用前景。具體來說，由于石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，且本身的質(zhì)量極輕，是較為理想的、一次顆粒造球過程中加入的導(dǎo)電材料。然而由于石墨烯材料具有獨(dú)特的柔性二維平面結(jié)構(gòu)，其片層非常容易將納米化的一次顆粒包覆在其內(nèi)部，從而阻礙充放電過程中鋰離子與一次顆粒材料之間的嵌合，影響鋰離子電池正極材料容量、倍率等電化學(xué)性能的發(fā)揮。有鑒于此，確有必要提出一種鋰離子電池正極材料及其制備方法，其既可發(fā)揮出石墨烯的最大優(yōu)勢，又能避免其對納米顆粒的包覆而造成的對離子傳輸?shù)淖璧K。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供的一種鋰離子電池正極材料，所述鋰離子電池正極材料的顆粒直徑D1為1μm-200μm，所述鋰離子電池正極材料為二次顆粒結(jié)構(gòu)，所述二次顆粒由一次顆粒及電子傳導(dǎo)組分組成，所述一次顆粒粒徑為D2，D2≤0.5D1；所述電子傳導(dǎo)組分中包括石墨烯片層，所述一次顆粒與所述石墨烯片層均勻分散；所述石墨烯片層厚度h1≤100nm，所述石墨烯片層平面直徑d1≤0.5D1，即選擇片層尺寸不超過二次顆粒結(jié)構(gòu)的半徑，使得二維石墨烯片層對離子擴(kuò)散具有較低的阻礙作用。本專利技術(shù)適用于儲能研究領(lǐng)域的、所有需要一次顆粒造球得到二次顆粒結(jié)構(gòu)的材料，具體包括鋰離子正極材料、鋰離子負(fù)極材料(如石墨、硅碳、鈦酸鋰、合金負(fù)極等等)以及其他電池電容器材料(如鋰空氣電池、燃料電池、鈉離子電池、鋅離子電池等等)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：一種鋰離子電池正極材料，所述鋰離子電池正極材料的顆粒直徑D1為1μm-200μm，顆粒粒徑過小，后續(xù)制備電極漿料時(shí)加工性能差，顆粒粒徑過大，鋰離子電池正極的倍率性能差；所述鋰離子電池正極材料為二次顆粒結(jié)構(gòu)，所述二次顆粒由一次顆粒及電子傳導(dǎo)組分組成，所述一次顆粒粒徑為D2，D2≤0.5D1，即二次顆粒至少由8個(gè)一次顆粒組成，從而確保二次顆粒具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；所述電子傳導(dǎo)組分中包括石墨烯片層，所述一次顆粒與所述石墨烯片層均勻分散；所述石墨烯片層厚度h1≤100nm，所述石墨烯片層平面直徑d1≤0.5D1，即選擇片層尺寸不超過二次顆粒結(jié)構(gòu)的半徑，使得二維石墨烯片層對離子擴(kuò)散具有較低的阻礙作用。作為本專利技術(shù)鋰離子電池正極材料的一種改進(jìn)，所述一次顆粒包括納米鈷酸鋰、納米錳酸鋰、納米磷酸鐵鋰、納米鎳鈷錳、納米鎳鈷鋁、納米鎳酸鋰、納米鋰釩氧化物、納米富鋰正極材料中的至少一種。作為本專利技術(shù)鋰離子電池正極材料的一種改進(jìn)，所述一次顆粒均勻的分散于所述石墨烯片層表面，且兩者之間形成良好的電子通道；所述石墨烯片層厚度h1≤40nm；所述鋰離子電池正極材料中，石墨烯組分的重量比例為x％，x％≤5％，由于石墨烯本事具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，因此在確保分散均勻的狀況下，只需添加少量即可達(dá)到優(yōu)良的導(dǎo)電效果；而添加量過多，將使得整個(gè)材料中離子擴(kuò)散阻力加大。作為本專利技術(shù)鋰離子電池正極材料的一種改進(jìn)，所述電子傳導(dǎo)組分中，還可以含有超級導(dǎo)電碳、乙炔黑、碳納米管、科琴黑、導(dǎo)電碳黑中的至少一種；所述石墨烯片層平面直徑d1≤D2；復(fù)合導(dǎo)電劑組分可以最大化的發(fā)揮各種導(dǎo)電劑的導(dǎo)電效果，而石墨烯片層尺寸不超過一次顆粒的尺寸，可以確保石墨烯不會完全包覆住一次顆粒，阻隔離子在一次顆粒內(nèi)的嵌入與脫出。本專利技術(shù)還包括一種鋰離子電池正極材料的制備方法，主要包括如下步驟：步驟1，前驅(qū)體制備：將電子傳導(dǎo)組分與一次顆?；旌暇鶆虻玫角膀?qū)體；步驟2，將前驅(qū)體造粒，得到二次顆粒前驅(qū)體；步驟3，包覆、碳化得到成品二次顆粒；作為本專利技術(shù)鋰離子電池正極材料的制備方法的一種改進(jìn)，所述電子傳導(dǎo)組分中包括石墨烯，所述石墨烯層厚度h1≤100nm，所述石墨烯片層平面直徑d1≤0.5D1；所述一次顆粒包括納米鈷酸鋰、納米錳酸鋰、納米磷酸鐵鋰、納米鎳鈷錳、納米鎳鈷鋁、納米鎳酸鋰、納米鋰釩氧化物、納米富鋰正極材料中的至少一種。作為本專利技術(shù)鋰離子電池正極材料的制備方法的一種改進(jìn)，所述電子傳導(dǎo)組分中，還可以含有超級導(dǎo)電碳、乙炔黑、碳納米管、科琴黑、導(dǎo)電碳黑中的至少一種；所述石墨烯片層平面直徑d1≤D2。作為本專利技術(shù)鋰離子電池正極材料的制備方法的一種改進(jìn)，將電子傳導(dǎo)組分、溶劑1、輔助組分1均勻混合；將一次顆粒、溶劑2、輔助組分2均勻混合；之后將兩種混合組分混合進(jìn)行進(jìn)一步的分散，得到得到電子傳導(dǎo)組分與一次顆粒均勻分布的前驅(qū)體；或者將一次顆粒、電子傳到組份、輔助組份干混，之后加入溶劑1，進(jìn)行捏合；最后加入溶劑2進(jìn)行攪拌，得到電子傳導(dǎo)組分與一次顆粒均勻分布的前驅(qū)體。混合方式包括捏合、球磨、沙磨、高壓均質(zhì)等手段；捏合即添加少量溶劑進(jìn)行慢攪，可以改善分散效果的同時(shí)減小溶劑用量，從而降低造球過程中溶劑揮發(fā)時(shí)的能耗；所述溶劑1選自水、醇類、酮類、烷類、酯類、芳香類、N-甲基吡咯烷酮、二甲基酰胺、二乙基甲酰胺、二甲基亞砜和四氫呋喃中的至少一種；所述輔助組分1選自離子型表面活性劑為陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑中至少一種；所述陰離子表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、油酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉或琥珀酸二異辛酯磺酸鈉。所述陽離子表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基二甲基烯丙基氯化銨或聚丙烯酰胺；所述兩性離子表面活性劑為十二烷基二甲基甜菜堿、椰油酰胺丙基甜菜堿或十二烷基氨基二丙酸鈉中的至少一種；所述溶劑2選自水、醇類、酮類、烷類、酯類、芳香類、N-甲基吡咯烷酮、二甲基酰胺、二乙基甲酰胺、二甲基亞砜和四氫呋喃中的至少一種；所述輔助組分2選自離子型表面活性劑為陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑中至少一種；所述陰離子表面活性劑為本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述鋰離子電池正極材料的顆粒直徑D1為1μm?200μm，所述鋰離子電池正極材料為二次顆粒結(jié)構(gòu)，該二次顆粒由一次顆粒及電子傳導(dǎo)組分組成，所述一次顆粒的粒徑為D2，且D2≤0.5D1；所述電子傳導(dǎo)組分中包括石墨烯片層，所述一次顆粒與所述石墨烯片層均勻分散；所述石墨烯片層的厚度h1≤100nm，所述石墨烯片層的平面直徑d1≤0.5D1。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述鋰離子電池正極材料的顆粒直徑D1為1μm-200μm，所述鋰離子電池正極材料為二次顆粒結(jié)構(gòu)，該二次顆粒由一次顆粒及電子傳導(dǎo)組分組成，所述一次顆粒的粒徑為D2，且D2≤0.5D1；所述電子傳導(dǎo)組分中包括石墨烯片層，所述一次顆粒與所述石墨烯片層均勻分散；所述石墨烯片層的厚度h1≤100nm，所述石墨烯片層的平面直徑d1≤0.5D1。2.一種權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述一次顆粒包括納米鈷酸鋰、納米錳酸鋰、納米磷酸鐵鋰、納米鎳鈷錳、納米鎳鈷鋁、納米鎳酸鋰、納米鋰釩氧化物、納米富鋰正極材料中的至少一種。3.一種權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述一次顆粒均勻的分散于所述石墨烯片層表面，且兩者之間形成良好的電子通道。4.一種權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述石墨烯片層的厚度h1≤40nm；所述鋰離子電池正極材料中，石墨烯組分的重量比例為x％，x≤5。5.一種權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述電子傳導(dǎo)組分中，還含有超級導(dǎo)電碳、乙炔黑、碳納米管、科琴黑、導(dǎo)電碳黑中的至少一種；所述石墨烯片層的平面直徑d1≤D2。6.一種權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，主要包括如下步驟：步驟1，前驅(qū)體制備：將電子傳導(dǎo)組分與一次顆?；旌暇鶆虻玫角膀?qū)體；步驟2，將前驅(qū)體造粒，得到二次顆粒前驅(qū)體；步驟3，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：毛方會，楊玉潔，
申請(專利權(quán))人：廣東燭光新能源科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東,44