CN111180682A - 一种石墨型氮化碳修饰锂离子电池正极材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨型氮化碳修饰锂离子电池正极材料，制备方法如下：将三聚氰胺粉末加热聚合，得到黄色块体状的石墨型氮化碳，然后将石墨型氮化碳放入容器中，加入甲醇溶液超声分散，形成均匀的石墨型氮化碳分散液；将锂离子电池层状正极材料加入甲醇溶液中搅拌分散，得到锂离子电池层状正极材料分散液；将锂离子电池层状正极材料分散液加入到石墨型氮化碳分散液中搅拌，然后抽滤，烘干，研磨，即得表面包覆的锂离子电池正极材料。本发明的石墨型氮化碳修饰锂离子电池正极材料经石墨型氮化碳修饰，比容量和循环稳定性都有明显提高。

Description

一种石墨型氮化碳修饰锂离子电池正极材料
技术领域
本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体为一种石墨型氮化碳修饰锂离子电池正极材料。
背景技术
作为锂离子电池用正极活性物质，公知的有锂过渡金属复合氧化物。锂过渡金属复合氧化物是通过如下方式制造的：将锂化合物与过渡金属化合物混合制备出锂离子电池用正极活性物质前驱体，然后进行烧成而使其复合化。锂离子电池就其用途而言，由于要持续长期使用，且反复进行充放电，因此要求循环特性、保存特性等各种特性，此外，日益要求锂离子电池的极高水平的高容量化。此外，随着移动电话、个人计算机等民生设备及车载用锂电池的需求的扩大，要求以低成本高效地制造锂离子电池。
锂离子电池正极材料是限制锂离子电池发展的关键因素，且直接影响着电池的能量密度和比功率特性。目前商业化的锂离子电池正极材料，基本均为半导体或绝缘体，材料颗粒本身的导电性能非常差，使用钴酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂和三元材料等对环境也不友好、循环稳定性等方面也存在很多缺点。
层状结构的含锂金属氧化物如镍钴锰双眼材料、钴酸锂等正极材料因电导率较高、倍率性能较好、理论比容量高而被广泛应用，但传统层状氧化物正极材料在高电压譬如4.35V以上的充电条件下循环过程中容量损失较多，循环稳定性差，不能满足商业化应用，且存在较大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供的一种锂离子电池正极材料。
本发明提供的石墨型氮化碳修饰锂离子电池正极材料，其制备方法如下：
(1)将三聚氰胺粉末加热到550℃热聚合4h，升温速度20℃/min，得到黄色块体状的石墨型氮化碳，然后将石墨型氮化碳放入烧杯中，加入200ml甲醇溶液超声分散5h，块体状的石墨型氮化碳碳被剥离成薄片状的石墨型氮化碳，形成均匀的石墨型氮化碳分散液；块体石墨型氮化碳的质量为电极材料的0.5％～5％；
(2)首先将锂离子电池层状正极材料加入到100ml甲醇溶液中25℃搅拌分散1h，转速为500r/min，得到锂离子电池层状正极材料分散液；
(3)将锂离子电池层状正极材料分散液加入到石墨型氮化碳分散液中25℃搅拌24h，然后抽滤，烘干，研磨，即得表面包覆的锂离子电池正极材料。
优选的，所述锂离子电池层状正极材料为钴酸锂、锰酸锂和/或镍钴锰三元材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
安全性好，本发明的石墨型氮化碳修饰锂离子电池正极材料，其包覆的石墨型氮化碳呈化学惰性，在高温高压下稳定性好，能有效的阻止正极材料金属氧化物的部分分解，这些分解产生的产物对电解液的催化分解会导致电池胀气、爆炸等不安全问题，从而提高电池高压下的循环稳定性和安全性能；
比容量高，适量的石墨型氮化碳具有嵌锂功能，有利于充放电过程中锂离子的运输，从而提高了锂离子电池的比容量；
成本低廉，本发明的石墨型氮化碳修饰锂离子电池正极材料，由于其制备过程中所用的原材料是价格低廉的氮化碳，且来源广泛，因此其具有制备成本低的特点；
循环性能优，本发明的石墨型氮化碳修饰锂离子电池正极材料制作成锂离子电池使用时，与传统的锂离子电池正极材料作对照，在应用实施例和应用对照实施例的测试中可以很直观的发现，比容量和循环稳定性都有很大的提高，因此，该表面包覆修饰的锂离子电池正极材料作锂离子电池正极极片使用具有比容量高、循环稳定性好和安全性能好等优点。
具体实施方式
实施例1
(1)合成石墨型氮化碳
将三聚氰胺粉末加热到550℃热聚合4h，升温速度20℃/min，得到黄色块体状的石墨型氮化碳，然后将石墨型氮化碳放入烧杯中，加入200ml甲醇溶液超声分散5h，块体状的石墨型氮化碳碳被剥离成薄片状的石墨型氮化碳，形成均匀的石墨型氮化碳分散液；
(2)合成锂离子电池正极材料分散液
首先将锂离子电池层状正极材料加入到100ml甲醇溶液中25℃搅拌分散1h，转速为500r/min，得到锂离子电池层状正极材料分散液；
(3)合成表面包覆的锂离子电池正极材料
将锂离子电池层状正极材料分散液加入到石墨型氮化碳分散液中25℃搅拌24h,转速为700r/min，然后抽滤，烘干，研磨，即得表面包覆的锂离子电池正极材料。
把所得的正极材料制备成正极极片进行性能测试。
制备方法：取0.8g上述制得的锂离子电池正极材料，0.1gSuper P，0.1gPVDF粘结剂，研磨成颜色均匀一致，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)机械搅拌5h，均匀涂于铝箔上，先置于真空干燥箱中80℃普通干燥1h，然后120℃真空干燥12h即制得锂离子电池正极极片。
所用溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)，分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产；所用三聚氰胺，国药集团化学试剂有限公司生产；所用的PVDF(聚偏氟乙烯)胶黏剂、Super P采购自深圳科晶有限生产公司。
实施例1所制得的锂离子电池正极极片为工作电极，以金属锂作为参比电极，以1mol/L LiPF6/EC/DMC(体积比1：1)为电解液，隔膜为UBE3025，组合成扣式电池，在高精度电池性能测试系统(深圳新威尔电子有限公司，型号为CT-3008-5V1mA)上进行电化学测试，测试倍率为0.5C，测试电压范围为2.5～4.4V。
性能测试结果：
初始可逆比容量182mAh/g，初次充放电库伦效率89％，100次循环后比容量163mAh/g，100次循环容量保持率89.6％。
检测结果显示经石墨型氮化碳修饰锂离子电池正极材料，无论是比容量还是循环稳定性都有明显提高。
以上仅为示例性说明，并不构成对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种石墨型氮化碳修饰锂离子电池正极材料，其特征在于，制备方法如下：
(1)将三聚氰胺粉末加热到550℃热聚合4h，升温速度20℃/min，得到黄色块体状的石墨型氮化碳，然后将石墨型氮化碳放入烧杯中，加入200ml甲醇溶液超声分散5h，块体状的石墨型氮化碳碳被剥离成薄片状的石墨型氮化碳，形成均匀的石墨型氮化碳分散液；块体石墨型氮化碳的质量为电极材料的0.5％～5％；
(2)首先将锂离子电池层状正极材料加入到100ml甲醇溶液中25℃搅拌分散1h，转速为500r/min，得到锂离子电池层状正极材料分散液；
(3)将锂离子电池层状正极材料分散液加入到石墨型氮化碳分散液中25℃搅拌24h，然后抽滤，烘干，研磨，即得表面包覆的锂离子电池正极材料。
2.根据权利要求1所述的石墨型氮化碳修饰锂离子电池正极材料，其特征在于，所述锂离子电池层状正极材料为钴酸锂、锰酸锂和/或镍钴锰三元材料。
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