CN114335474A - 一种锂电池高镍正极无机化合物包覆方法 - Google Patents

一种锂电池高镍正极无机化合物包覆方法 Download PDF

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卢玉英
王亚坤
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Abstract

本发明公开了一种锂电池高镍正极无机化合物包覆方法，采用低温原位方法在高镍正极表面形成碳化硅层，在氟化硅自由基的诱导情况下，高镍外层中的碳原子与氟成键形成高电负性的碳化硅纳米层，层厚6‑8nm，可以有效降低Ni2+在Li+层的混排，从而提高高镍的循环性能。本发明适用于表面纳米层的合成，该方法操作简单易行，副产物为水是环保型的，在工业中可大量推广使用。该发明制备的复合材料可用于制备高容量电池领域。

Description

一种锂电池高镍正极无机化合物包覆方法
技术领域
本发明属于表面化学材料领域，具体说是一种锂电池高镍正极无机化合物包覆方法。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、工作温度范围宽、对环境友好、输出功率大、自放电低等优点，已被广泛应用于电动汽车、储能设备、电子设备等领域之中。随着锂离子电池的广泛使用，人们对高比能锂离子电池有了更多的关注。然而，现有正极材料的理论比容量已经无法满足高比能电池负极材料的要求，严重制约了锂电池能量密度的提高。高镍正极材料具有280mAh/g的理论比容量，是目前唯一实现商业化应用的新型高容量正极材料。
然而，高镍材料在提供高比容量的同时伴随着镍混排等问题，这是由于价态相近导致的。为了缓解混排和占位导致的容量衰减和循环不足的问题，常规方法是包碳，这一方面改善了材料的导电性，同时也减轻混排等问题，改善了材料的循环性能。高镍正极材料大规模应用仍然面临众多考验，进一步改善材料的循环性能，并降低生产成本，还需要更多更深入的研究。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种锂电池高镍正极无机化合物包覆方法。
本发明目的通过以下方案实现：一种锂电池高镍正极无机化合物包覆方法，采用低温原位方法在高镍正极表面形成碳化硅层，在氟化硅自由基的诱导情况下，高镍外层中的碳原子与氟成键形成高电负性的碳化硅纳米层，层厚6-8nm，可以有效降低Ni2+在Li+层的混排，从而提高镍的循环性能，包括以下步骤：
（1）配置成0.01mol/l的稀盐酸溶液，随后称取纤维素粉体0.01-0.2mol分散在溶液中，称取的高镍三元粉体，缓缓加入上述混合溶液中形成纤维素包裹的高镍粉体清洗烘干后在400-600oC氮气氛下焙烧2小时；
（2）得到碳包覆的高镍正极，随后粉体表面继续与氟化硅在400oC反应形成碳化硅层；
（3）用去离子水和无水乙醇离心清洗、过滤，然后用加入异丙醇在油浴锅加热脱水后得到白色粉末；
（4）以去离子水为分散介质，加入5%的粘结剂搅拌成无色透明液体，再加如5%的导电剂乙炔黑，然后加入90%的粉体量，搅拌均匀形成浆料；
（5）涂敷于铜电极表面，干燥后装纽扣得到高比能电池。
本发明方法包括了高镍表面包裹碳层和原位碳化硅沉积层的制作，利用低温原位生长碳化硅涂层的方法，一方面可以提高整体的导电性，另一方可以起到阻碍镍离子混排的作用。
步骤（1）中所述的纤维素也可以是多孔石墨或碳纳米管。
步骤（1）中所述的纤维素直接为50nm的长纤维。
本发明适用于表面纳米层的合成，该方法操作简单易行，副产物为水是环保型的，在工业中可大量推广使用。本发明方法制备的复合材料可用于制备高容量电池领域。
附图说明
图1 为本发明的实施例1所得粉体的循环性能。
具体实施方式
实施例1
一种锂电池高镍正极无机化合物，采用低温原位方法在高镍正极表面形成碳化硅层，在氟化硅自由基的诱导情况下，高镍外层中的碳原子与氟成键形成高电负性的碳化硅纳米层, 层厚6-8nm，按如下步骤制备：
（1）配置成0.01mol/l的稀盐酸溶液，随后称取0.01mol纤维素粉体分散在稀盐酸溶液中，得混合溶液；称取1mol的高镍三元粉体，缓缓加入上述混合溶液中形成纤维素包裹的高镍粉体，清洗烘干后在400-600℃氮气氛下焙烧2小时，得到碳包覆的高镍正极粉体；随后，
（2）高镍正极粉体表面继续与0.015mol氟化硅在400℃反应形成碳化硅层；
（3）用去离子水和无水乙醇离心清洗、过滤，然后用加入异丙醇在油浴锅加热脱水后得到白色粉末；
（4）以去离子水为分散介质，加入5%的粘结剂搅拌成无色透明液体，再加如5%的导电剂乙炔黑，然后加入90%的粉体量，搅拌均匀形成浆料；
（5）涂敷于铜电极表面，干燥后装纽扣得到高比能电池；
（6）重复步骤（3），用去离子水和无水乙醇离心清洗、过滤，然后用加入异丙醇在油浴锅加热脱水后得到白色粉末；
（7）以去离子水为分散介质，加入10%的粘结剂搅拌成无色透明液体，再加如10%的导电剂乙炔黑，然后加入80%的粉体量，搅拌均匀形成浆料；
（8）涂敷于铝电极表面，干燥后装纽扣得到比容量200mAh/g的半电池，循环寿命1000次的正极材料，如图1。
干燥后装纽扣得到比容量200mAh/g的半电池，循环寿命1000次的正极材料，如图1。
实施例2
一种锂电池高镍正极无机化合物，采用低温原位方法在高镍正极表面形成碳化硅层，在氟化硅自由基的诱导情况下，高镍外层中的碳原子与氟成键形成高电负性的碳化硅纳米层, 层厚6-8nm，按如下步骤制备：
（1）配置成0.01mol/l的稀盐酸溶液，随后称取0.01mol纤维素粉体分散在稀盐酸溶液中，得混合溶液；1mol的高镍三元粉体，缓缓加入上述混合溶液中形成纤维素包裹的高镍粉体，清洗烘干后在500℃氮气氛下焙烧2小时，得到碳包覆的高镍正极粉体；随后，
（2）高镍正极粉体表面继续与0.015mol氟化硅在400℃反应形成碳化硅层；
（3）用去离子水和无水乙醇离心清洗、过滤，然后用加入异丙醇在油浴锅加热脱水后得到白色粉末；
（4）以去离子水为分散介质，加入5%的粘结剂搅拌成无色透明液体，再加如5%的导电剂乙炔黑，然后加入90%的粉体量，搅拌均匀形成浆料；
（5）涂敷于铜电极表面，干燥后装纽扣得到高比能电池。
（6）重复步骤（3），用去离子水和无水乙醇离心清洗、过滤，然后用加入异丙醇在油浴锅加热脱水后得到白色粉末；
（7）以去离子水为分散介质，加入10%的粘结剂搅拌成无色透明液体，再加如10%的导电剂乙炔黑，然后加入80%的粉体量，搅拌均匀形成浆料；
（8）涂敷于铝电极表面，干燥后装纽扣得到比容量200mAh/g的半电池，循环寿命980次的正极材料，如图1。
实施例3
一种锂电池高镍正极无机化合物包覆方法，其特征在于，采用低温原位方法在高镍正极表面形成碳化硅层，在氟化硅自由基的诱导情况下，高镍外层中的碳原子与氟成键形成高电负性的碳化硅纳米层, 层厚6-8nm，包括如下步骤：
（1）配置成0.01mol/l的稀盐酸溶液，随后称取0.2mol纤维素粉体分散在稀盐酸溶液中，得混合溶液；称取1mol的高镍三元粉体，缓缓加入上述混合溶液中形成纤维素包裹的高镍粉体清洗烘干后在600℃氮气氛下焙烧2小时，得到碳包覆的高镍正极粉体；随后，
（2）高镍正极粉体表面继续与0.015mol氟化硅在400℃反应形成碳化硅层；
（3）用去离子水和无水乙醇离心清洗、过滤，然后用加入异丙醇在油浴锅加热脱水后得到白色粉末；
（4）以去离子水为分散介质，加入5%的粘结剂搅拌成无色透明液体，再加如5%的导电剂乙炔黑，然后加入90%的粉体量，搅拌均匀形成浆料；
（5）涂敷于铜电极表面，干燥后装纽扣得到高比能电池；
（6）重复步骤（3），去离子水和无水乙醇离心清洗、过滤，然后用加入异丙醇在油浴锅加热脱水后得到白色粉末；
（7）以去离子水为分散介质，加入10%的粘结剂搅拌成无色透明液体，再加如10%的导电剂乙炔黑，然后加入80%的粉体量，搅拌均匀形成浆料；
（8）涂敷于铝电极表面，干燥后装纽扣得到比容量200mAh/g的半电池，循环寿命990次的正极材料。

Claims (6)

1.一种锂电池高镍正极无机化合物包覆方法，其特征在于，采用低温原位方法在高镍正极表面形成碳化硅层，在氟化硅自由基的诱导情况下，高镍外层中的碳原子与氟成键形成高电负性的碳化硅纳米层, 层厚6-8nm，包括如下步骤：
（1）配置成0.01mol/l的稀盐酸溶液，随后称取0.01-0.2mol纤维素粉体分散在稀盐酸溶液中，得混合溶液；将高镍三元粉体，缓缓加入上述混合溶液中形成纤维素包裹的高镍粉体清洗烘干后在400-600℃氮气氛下焙烧2小时，得到碳包覆的高镍正极粉体；随后，
（2）高镍正极粉体表面继续与氟化硅在400℃反应形成碳化硅层；
（3）用去离子水和无水乙醇离心清洗、过滤，然后用加入异丙醇在油浴锅加热脱水后得到白色粉末；
（4）以去离子水为分散介质，加入5%的粘结剂搅拌成无色透明液体，再加如5%的导电剂乙炔黑，然后加入90%的粉体量，搅拌均匀形成浆料；
（5）涂敷于铜电极表面，干燥后装纽扣得到高比能电池。
2.按权利要求1所述一种锂电池高镍正极无机化合物包覆方法，其特征在于：步骤（1）中所述的纤维素也可以是多孔石墨或碳纳米管。
3.按权利要求1所述一种锂电池高镍正极无机化合物包覆方法，其特征在于：步骤（1）中所述的纤维素直接为50nm的长纤维。
4.按权利要求1至3任一项所述一种锂电池高镍正极无机化合物包覆方法，其特征在于：按如下步骤制备：
（1）配置成0.01mol/l的稀盐酸溶液，随后称取0.01mol纤维素粉体分散在稀盐酸溶液中，得混合溶液；称取1mol的高镍三元粉体，缓缓加入上述混合溶液中形成纤维素包裹的高镍粉体，清洗烘干后在400-600℃氮气氛下焙烧2小时，得到碳包覆的高镍正极粉体；随后，
（2）高镍正极粉体表面继续与0.015mol氟化硅在400℃反应形成碳化硅层；
（3）用去离子水和无水乙醇离心清洗、过滤，然后用加入异丙醇在油浴锅加热脱水后得到白色粉末；
（4）以去离子水为分散介质，加入5%的粘结剂搅拌成无色透明液体，再加如5%的导电剂乙炔黑，然后加入90%的粉体量，搅拌均匀形成浆料；
（5）涂敷于铜电极表面，干燥后装纽扣得到高比能电池；
（6）重复步骤（3），用去离子水和无水乙醇离心清洗、过滤，然后用加入异丙醇在油浴锅加热脱水后得到白色粉末；
（7）以去离子水为分散介质，加入10%的粘结剂搅拌成无色透明液体，再加如10%的导电剂乙炔黑，然后加入80%的粉体量，搅拌均匀形成浆料；
（8）涂敷于铝电极表面，干燥后装纽扣得到比容量200mAh/g的半电池，循环寿命1000次的正极材料。
5.按权利要求1至3任一项所述一种锂电池高镍正极无机化合物包覆方法，其特征在于：按如下步骤制备：
（1）配置成0.01mol/l的稀盐酸溶液，随后称取0.01mol纤维素粉体分散在稀盐酸溶液中，得混合溶液；1mol的高镍三元粉体，缓缓加入上述混合溶液中形成纤维素包裹的高镍粉体，清洗烘干后在500℃氮气氛下焙烧2小时，得到碳包覆的高镍正极粉体；随后，
（2）高镍正极粉体表面继续与0.015mol氟化硅在400℃反应形成碳化硅层；
（3）用去离子水和无水乙醇离心清洗、过滤，然后用加入异丙醇在油浴锅加热脱水后得到白色粉末；
（4）以去离子水为分散介质，加入5%的粘结剂搅拌成无色透明液体，再加如5%的导电剂乙炔黑，然后加入90%的粉体量，搅拌均匀形成浆料；
（5）涂敷于铜电极表面，干燥后装纽扣得到高比能电池。
（6）重复步骤（3），用去离子水和无水乙醇离心清洗、过滤，然后用加入异丙醇在油浴锅加热脱水后得到白色粉末；
（7）以去离子水为分散介质，加入10%的粘结剂搅拌成无色透明液体，再加如10%的导电剂乙炔黑，然后加入80%的粉体量，搅拌均匀形成浆料；
（8）涂敷于铝电极表面，干燥后装纽扣得到比容量200mAh/g的半电池，循环寿命980次的正极材料。
6.按权利要求1至3任一项所述一种锂电池高镍正极无机化合物包覆方法，其特征在于：按如下步骤制备：
（1）配置成0.01mol/l的稀盐酸溶液，随后称取0.2mol纤维素粉体分散在稀盐酸溶液中，得混合溶液；称取1mol的高镍三元粉体，缓缓加入上述混合溶液中形成纤维素包裹的高镍粉体清洗烘干后在600℃氮气氛下焙烧2小时，得到碳包覆的高镍正极粉体；随后，
（2）高镍正极粉体表面继续与0.015mol氟化硅在400℃反应形成碳化硅层；
（3）用去离子水和无水乙醇离心清洗、过滤，然后用加入异丙醇在油浴锅加热脱水后得到白色粉末；
（4）以去离子水为分散介质，加入5%的粘结剂搅拌成无色透明液体，再加如5%的导电剂乙炔黑，然后加入90%的粉体量，搅拌均匀形成浆料；
（5）涂敷于铜电极表面，干燥后装纽扣得到高比能电池。
（6）重复步骤（3），去离子水和无水乙醇离心清洗、过滤，然后用加入异丙醇在油浴锅加热脱水后得到白色粉末；
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