[發明專利]一種提高三元正極材料穩定性和加工性的方法

在審

• 申請號: 201910552195.3
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN110350166A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 夏陽;王坤;陳安琪;張文魁;吳海軍;錢志挺;毛秦鐘;黃輝;甘永平;張俊;梁初
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學;浙江美都海創鋰電科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所(普通合伙) 33230
• 代理人: 馮年群

本發明涉及一種提高鋰離子電池三元正極材料儲存穩定性和加工性的改性方法，本發明是為了解決現有技術中鋰離子電池三元正極材料儲存要求高、加工性差以及電池循環穩定性不佳等問題，而提供一種三元正極材料表面改性方法。利用超臨界二氧化碳與三元正極材料表面的金屬氫氧化物反應，在三元正極材料表面原位生成一層均勻致密的金屬碳酸鹽包覆層。該包覆層不僅與三元正極材料基體結合緊密，可有效抑制三元正極材料與潮濕空氣發生反應，降低對存儲和使用環境的要求，改善其后續電極加工性能，同時此原位構筑包覆層可以將三元正極材料與電解液隔離，減少電極表面副反應的發生，增強電極材料結構穩定性，提高電池循環性能，此外，該表面改性方法操作簡單，成本低廉。

技術領域

本發明涉及一種提高三元正極材料儲存穩定性和加工性的改性方法，屬于鋰離子電池正極材料技術領域。

背景技術

近年來，蓬勃發展的鋰離子電池市場迅速從消費電子產品擴展到汽車行業。隨著電動汽車行駛里程不斷提高，新型高能量密度正極材料的研究成為人們廣泛關注的焦點。鎳基層狀氧化物結構的三元正極材料(LiNi_1-xM_xO₂，M＝Co、Mn、Al)具有高容量密度和價格低廉等優點，最有希望滿足人們對高能量密度的需求。然而，高鎳正極材料在空氣中容易變質，特別是潮濕的空氣，因為空氣中的水分易與材料表面的鋰反應生成不均勻的氫氧化鋰，而氫氧化鋰又進一步與空氣中的二氧化碳反應生成不均勻的碳酸鋰，從而造成材料表面變質，導致內部的金屬元素分布不均勻引起過渡金屬元素的外逸，引發后續正極漿料制備困難、正極容量衰減和循環穩定性變差等一系列問題。因此，未改性的三元正極材料對儲存環境和加工環境的要求較高，而且三元正極材料在充放電過程中容易與電解液發生一系列的副反應，比如充電末期的高電壓下電解液的分解、電解液分解后的酸性物質腐蝕電極、電極活性物質的溶解等。研究人員通常采用表面包覆的方式來解決上述問題，以提高材料的循環穩定性。

用于包覆的材料主要有兩大類：1、穩定的鋰鹽類物質如Li₃PO₄、LiFePO₄、LiAlO₂等；2、不含鋰離子的物質如SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂等。對三元正極材料表面包覆改性方法目前主要有固相和液相包覆燒結兩種。兩種包覆方法所得到得包覆層與基體結合較弱，而且厚度不均一。在循環過程中，由于鋰離子的嵌入和脫出引起體積變化所產生的應力，會使得包覆層破裂，活性物質暴露在電解液中，進而引起材料的惡化，循環穩定性變差。針對上述問題，本發明提供一種超臨界二氧化碳表面改性處理方法，二氧化碳在超臨界狀態下快速均勻滲入二次晶粒之間，與三元正極材料表面的金屬氫氧化物反應后生成一層均勻而致密的金屬碳酸鹽，且其與三元正極材料基體結合緊密，不僅能夠有效分離活性物質與電解液的直接接觸，防止副反應發生，提高活性物質的結構穩定性，同時還可大幅提高三元正極材料對潮濕環境的化學穩定性，有助于改善三元正極材料的存儲性和后期加工性。該方法相對于傳統包覆方法具有操作簡單方便，快速高效，成本低廉，無“三廢”等優勢，極具規模化生產潛力。

發明內容

本發明是為了解決上述現有技術中的不足，而提供一種快速高效、成本低廉、無“三廢”等優勢的提高鋰離子電池三元正極材料儲存穩定性和加工性的改性方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種提高鋰離子電池三元正極材料儲存穩定性和加工性的改性方法，所述方法包括如下步驟：

S1、先將鋰離子電池三元正極材料放入反應釜中，再將反應釜抽真空后向其中通入二氧化碳氣體；

S2、將反應釜保溫反應一段時間后排氣，即得改性三元正極材料。