一种高振实密度的石墨烯复合NCA锂电正极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高振实密度的石墨烯复合NCA锂电正极材料的制备方法，属于电池材料制备技术领域。本发明专利技术包括如下步骤：先用有机溶剂将前驱体Ni

【技术实现步骤摘要】
一种高振实密度的石墨烯复合NCA锂电正极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于电池材料制备
，具体涉及一种高振实密度的石墨烯复合NCA锂电正极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]锂电正极材料的性能直接决定锂离子电池能量密度，由于比能量高、比功率高、钴用量少，三元正极材料已经成为新能源汽车动力电池正极材料主导产品。三元正极材料包括NCM正极材料、NCA正极材料两大类，其中NCM由镍、钴、锰构成，而NCA由镍、钴、铝构成。现阶段，我国三元正极材料市场中，NCM正极材料占据主导地位，NCA正极材料具有广阔市场空间。与NCM相比，NCA循环寿命较低，但NCM与大多数电池相同，必须经常充放电才能保证使用寿命，而NCA在长期放置、备用状态下仍能够保证使用寿命。同时，与NCM相比，NCA的钴用量更低，成本更低。因此，NCA正极材料拥有巨大发展潜力。
[0003]目前，NCA正极材料还存在如下缺陷：1、振实密度低，往往都在2.0以下；2、循环稳定性差，300次循环容量保持率低于80％、3、在使用石墨烯进行复合时，石墨烯与正极材料混和不均匀，从而导致最终产品性能达不到预期。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术存在的上述问题，提供一种高振实密度的石墨烯复合NCA锂电正极材料的制备方法。本专利技术制备得到的石墨烯复合NCA锂电正极材料具有振实密度高、循环稳定性好等特点。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种高振实密度的石墨烯复合NCA锂电正极材料的制备方法，包括如下步骤：先用有机溶剂将前驱体Ni
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
(OH)
z
与锂源、铌源进行液相混合，然后将有机溶剂蒸干后研磨至粉状，再进行烧结，将烧结产物研磨后与石墨烯混合即可得到石墨烯复合NCA锂电正极材料。
[0007]进一步的，所述前驱体Ni
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
(OH)
z
中，0.63≤x≤0.95，0.03≤y≤0.15，2.03≤z≤2.35。
[0008]进一步的，所述前驱体Ni
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
(OH)
z
的振实密度≥1.7g/cm3，5μm≤D50≤15μm，pH≤11.5。
[0009]进一步的，所述前驱体Ni
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
(OH)
z
：锂源：铌源的摩尔比为0.95～0.99：1.00～1.06：0.01～0.05。
[0010]进一步的，所述锂源为氢氧化锂(一水及无水均可)、碳酸锂、醋酸锂(二水及无水均可)、甲醇锂、乙醇锂中的一种或几种。
[0011]进一步的，所述铌源为五氧化二铌、三氧化二铌、乙醇铌中的一种或几种。
[0012]进一步的，所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇、丙酮中的一种或几种。
[0013]进一步的，所述的一种高振实密度的石墨烯复合NCA锂电正极材料的制备方法具
体包括如下步骤：
[0014](1)石墨烯预处理：将石墨烯与净化溶剂混合后超声1～5小时，抽滤烘干后研磨，得到预处理后的石墨烯，待用；所述石墨烯与净化溶剂的重量比为1：20～200，所述净化溶剂为纯水与有机溶剂I以1：0.1～1的重量比混合得到，所述有机溶剂I可选但不仅限于乙醇、乙二醇、异丙醇、正丁醇、丙酮。
[0015](2)液相混合：将前驱体Ni
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
(OH)
z
与锂源、铌源加入到有机溶剂中，先磁力搅拌，再进行超声分散，然后将有机溶剂蒸干后，得混合物；
[0016](3)研磨：将混合物磨成粉末状混合物；
[0017](4)烧结：将粉末状混合物进行两段式烧结，具体是将粉末状混合物转入管式炉中通气5～10分钟后，以3～5℃/min速度升温至450℃～550℃并保温4～8小时，然后以3～5℃/min速度升温至760℃～840℃并保温8～14小时，自然冷却至室温，得到烧结产物，烧结过程包括降温过程保持通入氧气，氧气流量为2～10L/h；
[0018](5)混合：将烧结产物研磨后与预处理后的石墨烯混合即可得到石墨烯复合NCA锂电正极材料，所述预处理后的石墨烯添加量为NCA即前驱体Ni
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
(OH)
z
重量的0.1％～3.5％。
[0019]进一步的，步骤(1)中，所述石墨烯为电子级石墨烯，所述石墨烯的导电率≥1000S/cm。
[0020]进一步的，步骤(3)中，使用玛瑙研钵将混合物研磨10～30分钟，或使用球磨机低速换向球磨5～10分钟，所述低速球磨的球磨机转速≤350rpm。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]本专利技术通过采用高振实的前驱体Ni
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
(OH)
z
、优化的烧结工艺避免材料粉碎、石墨烯的预处理以及与石墨烯预混，保障了产品的高振实密度；本专利技术通过优化的铌掺杂方法、高性能的石墨烯及预处理工艺、有效的复合方法，保障了产品的循环稳定性；本专利技术分段式混合+特殊溶剂，保障了混合效果。通过本专利技术的方法制备得到的石墨烯复合NCA锂电正极材料的性能相对于传统的锂电正极材料得到了很大的提高，经测试，本专利技术的石墨烯复合NCA锂电正极材料的振实密度≥2.0g/cm3；在循环性能方面，1C循环300次容量保持率≥85％；在倍率性能方面，3C容量保持率≥90％。
附图说明
[0023]图1为初容量曲线与首次效率对比图；
[0024]图2为1C倍率循环曲线对比图；
[0025]图3为实施例1前驱体NCA的SEM图；
[0026]图4为实施例1掺杂铌烧结后的NCA+Nb的SEM图；
[0027]图5为实施例1复合石墨烯的NCA+Nb+G的SEM图。
具体实施方式
[0028]下面结合具体的实施例及附图对本专利技术作进一步说明。
[0029]实施例1
[0030]一种高振实密度的石墨烯复合NCA锂电正极材料的制备方法，包括如下步骤：先用
有机溶剂将前驱体Ni
0.65
Co
0.15
Al
0.2
(OH)
2.2
与锂源、铌源进行液相混合，然后将有机溶剂蒸干后研磨至粉状，装入刚玉瓷舟，放入管式炉在保持氧气气氛下进行两段式烧结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高振实密度的石墨烯复合NCA锂电正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：先用有机溶剂将前驱体Ni
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
(OH)
z
与锂源、铌源进行液相混合，然后将有机溶剂蒸干后研磨至粉状，再进行烧结，将烧结产物研磨后与石墨烯混合即可得到石墨烯复合NCA锂电正极材料。2.根据权利要求1所述的一种高振实密度的石墨烯复合NCA锂电正极材料的制备方法，其特征在于：所述前驱体Ni
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
(OH)
z
中，0.63≤x≤0.95，0.03≤y≤0.15，2.03≤z≤2.35。3.根据权利要求1所述的一种高振实密度的石墨烯复合NCA锂电正极材料的制备方法，其特征在于：所述前驱体Ni
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
(OH)
z
的振实密度≥1.7g/cm3，5μm≤D50≤15μm，pH≤11.5。4.根据权利要求1所述的一种高振实密度的石墨烯复合NCA锂电正极材料的制备方法，其特征在于：所述前驱体Ni
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
(OH)
z
：锂源：铌源的摩尔比为0.95～0.99：1.00～1.06：0.01～0.05。5.根据权利要求1所述的一种高振实密度的石墨烯复合NCA锂电正极材料的制备方法，其特征在于：所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、甲醇锂、乙醇锂中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的一种高振实密度的石墨烯复合NCA锂电正极材料的制备方法，其特征在于：所述铌源为五氧化二铌、三氧化二铌、乙醇铌中的一种或几种。7.根据权利要求1所述的一种高振实密度的石墨烯复合NCA锂电正极材料的制备方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宝生，张雨金，李峰，黄小琦，张绍辉，刘静华，何雄，孙子君，常海欣，余志强，郭飞，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：发明
国别省市：