[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料碳包覆改性的系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810548228.2
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108842140B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂鵬鵬;朱慶山
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/442;C23C16/455;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京方安思達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;武玥

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料碳包覆改性的系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)主要包括料倉、螺旋進料器、預(yù)熱器進料閥、流化床粉體預(yù)熱器、反應(yīng)器進料閥、流化床反應(yīng)器、反應(yīng)器出料閥、產(chǎn)品冷卻器、產(chǎn)品收集器、混合氣預(yù)熱器、一級反應(yīng)尾氣旋風(fēng)分離器、二級反應(yīng)尾氣旋風(fēng)分離器、反應(yīng)尾氣布袋收塵器、反應(yīng)尾氣燃燒器、一級預(yù)熱尾氣旋風(fēng)分離器、二級預(yù)熱尾氣旋風(fēng)分離器、預(yù)熱尾氣布袋收塵器和預(yù)熱尾氣冷卻器按照既定組合形成；所述方法是基于所述系統(tǒng)的碳包覆方法，通過流態(tài)化化學(xué)氣相沉積得到碳包覆正極復(fù)合粉體。本發(fā)明具有包覆效率高、工藝簡單可控、成本低等優(yōu)點，適合鋰離子電池碳包覆改性正極材料的規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料、化工領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池正極材料碳包覆改性的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池以其高能量密度、長循環(huán)壽命、無記憶效應(yīng)和安全環(huán)保等特點在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著電動汽車的快速發(fā)展，人們對鋰離子電池的性能提出了更高的要求。電極材料作為鋰離子電池的核心組成部分，決定著鋰離子電池的性能。目前鋰離子電池正極材料，主要是過渡金屬氧化物正極材料，如鈷酸鋰、三元正極材料等，都有較高的容量和安全性能，然而這類材料當(dāng)充電電壓高于4.2V時，性能就會急劇下降，嚴(yán)重限制了材料的發(fā)展和應(yīng)用。碳包覆改性是一種非常有效可行解決該問題的辦法，通過碳包覆改性可以阻止材料與電解液的直接接觸，抑制循環(huán)過程中氫氟酸對過渡金屬氧化物正極材料的侵蝕，減少材料與電解液的副反應(yīng)。同時可以降低電池在充放電過程中的電荷轉(zhuǎn)移電阻，提高電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性，改善過渡金屬氧化物正極材料的倍率性能，降低極化作用。因此，碳包覆改性對鋰離子電池正極材料的性能改善意義重大。

目前，鋰離子電池正極材料的碳包覆方法主要包括：

(1)機械混合熱解：機械混合熱解方法是指將正極材料和含碳前驅(qū)體通過固相機械混合，再通過熱解制備碳包覆材料。上海電力學(xué)院的專利CN102244247A將LiFePO₄的合成材料與碳源材料(抗壞血酸或葡萄糖)通過機械球磨混合后在惰性氣氛保護下600～800℃下保溫5～8h制得碳包覆磷酸鐵鋰復(fù)合材料。浙江谷神能源科技股份有限公司專利CN102903913B以聚乙烯或聚丙烯或瀝青為碳源，經(jīng)球磨與原料混合后在200～500℃預(yù)燒1～4h，再升溫至600～700℃高溫?zé)峤?～24h。該種碳包覆方法的均勻性效果主要取決于原材料和碳前驅(qū)體的混合均勻性，而采用的機械混合方式，均勻性較差。為了將碳源高溫?zé)峤鈴氐祝幚頃r間長，大大增加了成本，同時高溫?zé)峤鈺r碳前驅(qū)體容易自形核生成自團聚的碳，導(dǎo)致性能改善效果有限。

(2)液相混合熱解：液相混合熱解是指將正極材料和含碳前驅(qū)體溶液進行混合，經(jīng)過熱解制備碳包覆材料。蘇州思創(chuàng)源博電子科技有限公司的專利CN106025208A將三元材料與蔗糖水溶液混合后熱解，制得碳包覆三元材料。哈爾濱工業(yè)大學(xué)專利CN103078115A以蔗糖或葡萄糖為碳源，以溶液形式混合磷酸鐵鋰原料，在200～300℃預(yù)燒1～4h，再升溫至550～750℃高溫?zé)峤?～12h，制備碳包覆多孔結(jié)構(gòu)的納米磷酸鐵鋰復(fù)合材料。清華大學(xué)(CN104882589B)、深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司(CN101308925B)、北京有色金屬研究總院(CN105720261A)和深圳市倍特力電池有限公司(CN103474628B)也公開了工藝類似的專利。為了徹底熱解碳源，同時不將正極材料中的過渡金屬還原，這些專利都采用了預(yù)熱(200～500℃)結(jié)合中低溫(600～1000℃)熱處理，熱解時間普遍長達12～24h。液相混合熱解工藝帶來的工藝復(fù)雜和處理時間長會增加碳包覆的成本，同時存在的自形核團聚碳的問題，也影響碳包覆對電化學(xué)性能的改善效果。