[發明專利]一種快離子導體包覆鋰離子電池正極材料的系統及方法

有效

• 申請號: 201811319884.1
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109671922B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 呂鵬鵬;朱慶山;史和邦;李欣鑫
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;張紅生

本發明涉及一種快離子導體包覆鋰離子電池正極材料的系統及方法，所述系統主要包括料倉、螺旋進料器、進料閥、流化床反應器、出料閥、產品冷卻器、產品收集器、燃燒器、一號反應載氣預熱器、金屬反應原料發生器、反應原料噴嘴、二號反應載氣預熱器、鋰反應原料發生器、流化載氣預熱器、一級旋風分離器、二級旋風分離器、布袋收塵器和鹽酸尾氣吸收器按照既定組合形成；所述方法是基于所述系統的快離子導體包覆改性方法，通過流態化化學氣相沉積得到快離子導體包覆正極復合粉體。本發明具有包覆效率高、工藝簡單可控、成本低等優點，適合鋰離子電池快離子導體包覆改性正極材料的規模化工業生產，具有良好的經濟效益和社會效益。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料、化工領域，具體涉及一種快離子導體包覆鋰離子電池正極材料的系統及方法。

背景技術

近年來，隨著新能源汽車的快速發展，人們對鋰離子動力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。相對發展成熟穩定的商業石墨負極，針對于高容量、長壽命、低成本和安全環保的正極材料研發顯得尤為迫切。目前商用的鋰離子電池正極材料，主要有層狀結構的鈷酸鋰、三元材料、尖晶石結構的錳酸鋰以及橄欖石結構的磷酸鐵鋰。其中三元材料具有較高的比容量、能量密度和功率密度。然而三元材料的電化學性能、熱穩定性和結構穩定性仍需進一步提高，尤其是在高溫以及高電位測試(高于4.2V)環境下。隨著鎳含量的提高，這些問題顯得尤為突出，嚴重限制了材料的發展和應用。

快離子導體包覆是一種非常有效可行解決該問題的辦法。快離子導體，包覆在正極材料表面，作為保護層隔絕電解液與正極材料的直接接觸，減少相關副反應，如減少過渡金屬的析出，形成更薄的SEI膜、降低氧原子的析出等，從而提高材料的電化學穩定性。快離子導體兼具高離子電導率和優異熱穩定性，可以顯著提高材料導電性，降低內阻，實現鋰離子電池的快速充放電和高溫循環性能。因此，快離子導體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表面快離子導體包覆技術的研究尚無大量報道。現有文獻和專利中，主要是液相混合結合燒結的方法。青島乾運高科新材料股份有限公司的專利CN104332618A公開了液相包覆法制備硼鋰復合氧化物包覆三元鎳鈷錳酸鋰正極材料的方法，具體的制備方法是在鋰源和硼源的混合醇溶液中，加入三元鎳鈷錳酸鋰材料，超聲使之均勻分散，再加入分散劑，使材料充分浸潤，蒸發溶劑后熱處理得到表面包覆的材料，熱處理是在900℃下恒溫25個小時，再隨爐冷卻。專利CN104362330A和CN103236521A也公開了類似的專利。這些專利中采用液相混合結合燒結工藝帶來的材料過濾、洗滌和燒結過程工藝復雜，處理時間冗長，會造成生產效率降低和成本的升高。同時存在快離子導體包覆分布不均勻的問題，也影響快離子導體包覆對電化學性能的改善效果，性能提升效果仍有待改善。

流化床化學氣相沉積技術結合了化學氣相沉積和流態化技術，是一種新型的材料制備技術，可實現高效低成本包覆改性和連續生產。在流化床中，顆粒在氣流作用下處于流態化，氣體反應物通過載帶的形式進入流化床，在高溫區發生化學反應，形成超細粉末或者沉積在顆粒表面。該技術最初的應用是核燃料領域，主要用來制備應用于高溫氣冷堆中的包覆燃料顆粒(CN204865735U、CN105139897A、CN103357869B和CN102231291A等)，后續逐漸擴展到碳納米管制備、多晶硅制備、催化載體及粉體改性等領域。

快離子導體包覆的效果直接影響正極材料的電化學性能，總結現有正極材料快離子導體包覆技術，液相混合結合燒結的工藝無法實現高效可控的快離子導體包覆連續生產。因此，本領域亟需一種高效經濟、適合規模化生產的快離子導體包覆技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種精準包覆、經濟性好、操作簡單、適用于連續規模生產快離子導體包覆正極材料的系統及方法，基于流化床化學氣相沉積技術。

為達到此目的，本發明的具體技術方案如下：