[發明專利]一種用HF氣相中和來降低鋰電池電極材料PH值的方法

有效

• 申請號: 202010050167.4
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111224065B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 解明;孫念;張宣宣
• 申請（專利權）人: 寧波柔創納米科技有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M10/0525
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 徐瑛

本發明提供了一種用HF氣相中和來降低鋰電池電極材料PH值并同時達到含鋰氟化物包覆的方法，包括以下步驟：S1、將電極材料置于原子層沉積儀器反應腔中，抽真空并加熱反應室，使電極材料在設定溫度下保持5～30min；S2、打開出氣閥，脈沖清掃氣；S3、關閉出氣閥，脈沖氟化氫?吡啶，保持一段時間；S4、然后打開出氣閥，脈沖清掃氣，關閉出氣閥，抽真空移去多余的反應副產物；S5、返回步驟S3循環執行S3以后步驟，直到反應副產物不再產生二氧化碳和水為止。本發明通過HF中和電極材料表面的殘留堿，同時形成LiF包覆，降低了電極材料的pH值，抑制了有機溶劑的氧化分解和電解液中少量的HF對于金屬氧化物正極的攻擊，同時減少了電池在化成、循環和存儲中的產氣。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池電極技術領域，尤其涉及一種用HF氣相中和來降低鋰電池電極材料PH值的方法。

背景技術

鋰離子電池是一個快速增長的應用產品，它在諸多領域都有重要應用，包括混合動力汽車和插電式動力汽車。這些電池通常由含鋰的過渡金屬氧化物或者含鋰的過渡金屬磷酸鹽正極和石墨負極組成，這些電極通常由電極粉末和有機粘接劑組成，因此電極呈現多孔結構。

目前，商業化的電極材料包括鈷酸鋰(LiCoO₂(LCO))、鈷錳鎳酸鋰(LiMn_xNi_yCo_zO₂(x+y+z＝1)(NCM))，鎳鈷鋁鋰(LiNi_xCo_yAl_zO₂(x+y+z＝1)(NCA))，這些電極和電極材料都有非常嚴重的性能不足，提高含鋰電極材料的易操作性是非常令人頭疼的事情。一般來說，電極材料pH值會影響多數氧化物正極的表面化學性能，他們的pH值一般在11以上，導致在電極制備過程中吸水嚴重，難以涂布，并在循環和存儲過程中有非常嚴重的產氣現象，導致鋰電池體積變化，厚度增加。

目前，對鋰離子電池的正極活性材料的改性研究主要集中在摻雜和表面包覆。摻雜是指用Li、Na、Mg、Al、Ti等代替部分過渡金屬元素，提高材料的結構穩定性和離子電子電導，從而改善材料的循環性能或降低成本。但是摻雜本身并不能有效解決材料表面的副反應，造成材料電化學性能變差，尤其是對于經常需要充電至比較高的電壓范圍的高容量電極材料。表面包覆指用C、Al2O3、AlPO4、ZrO2等對正極表面進行包覆，在改善或不影響離子電子傳輸的前提下有效隔離電極材料與電解液的接觸，減少電解液的分解、避免SEI膜的形成、增加材料表面的穩定性，從而提高材料的電化學性能。另外表面包覆過的材料可以在更寬的電壓范圍內循環，從而增加了材料的比容量和比能量密度。但是，由于這些包覆并不均勻，而且材料表面的殘留堿并沒有被去除導致pH仍然偏高。氧化物包覆在長時間循環過程中會和電解液中少量的HF反應，從而導致電池包覆層被破壞，電池性能下降。因此，鋰電行業亟需一種更為有效的用于降低鋰離子電機材料pH值，且包覆層材料穩定的方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之缺陷，提供了一種用HF氣相中和來降低鋰電池電極材料PH值，且同時形成氟化物包覆的方法。

本發明是這樣實現的：

本發明提供一種用HF氣相中和來降低鋰電池電極材料PH值的方法，包括以下步驟：

S1、將電極材料置于原子層沉積儀器反應腔中，抽真空并加熱反應室，使電極材料在設定溫度下保持5～30min，反應腔內的氣壓低于0.01個大氣壓；

S2、打開出氣閥，脈沖清掃氣，清掃3～60s；

S3、關閉出氣閥，脈沖氟化氫-吡啶，時間為0.01～10s，接著保持一段時間1s-5min；

S4、然后打開出氣閥，脈沖清掃氣，清掃0.1～1min；關閉出氣閥，抽真空，移去多余的反應副產物；

S5、返回步驟S3循環執行S3以后步驟，直到反應副產物不再產生二氧化碳和水為止。