[發(fā)明專利]一種用于三元材料降堿的包覆方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011188469.4
• 申請(qǐng)日: 2020-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112290014A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王慶莉;王輝;嚴(yán)雪楓;石波;朱文婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/505
• 分類號(hào): H01M4/505;H01M4/525;H01M10/052
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙) 34115
• 代理人: 張名列

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于三元材料降堿的包覆方法，包括水洗包覆步驟和濾液處理步驟；所述水洗包覆步驟包括以下步驟：按固液質(zhì)量比將待處理的三元材料和處理液投入處理罐內(nèi)，攪拌后進(jìn)行固液分離，分別得到粉體材料和濾液，對(duì)粉體材料進(jìn)行干燥和燒結(jié)處理，即得到表面包覆的三元材料；所述濾液處理步驟包括以下步驟：在水洗包覆步驟中的濾液加入pH調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)至3?6，調(diào)節(jié)后的濾液可作為處理液進(jìn)行使用。本發(fā)明提供的包覆方法為水洗和包覆一體的可降低殘堿的方法，可選擇多種包覆物，操作簡(jiǎn)單，工序少，水洗效果好，且能較大程度減少水分對(duì)材料性能的影響，該制備方法簡(jiǎn)單高效，具備可操作性，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于三元材料降堿的包覆方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有能量密度高，循環(huán)性能好，工作電壓穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)對(duì)它的需求量還在不斷的增加，尤其在動(dòng)力電池領(lǐng)域，目前國(guó)家對(duì)動(dòng)力電池能量密度的要求正在逐步提高，其中，正極材料是制約鋰離子動(dòng)力電池能量密度的主要因素，而目前市場(chǎng)上大規(guī)模使用的NCM523、NCM622正極材料無(wú)法滿足國(guó)家對(duì)動(dòng)力電池能量密度的要求，因此提高三元材料中Ni含量，如NCM811、NCA以提高正極材料克容量將是三元材料的研發(fā)方向。

在制造高鎳三元正極材料的過(guò)程中由于燒結(jié)溫度較低，使得鋰鹽揮發(fā)量低，多余的鋰鹽以Li的氧化物形式存在于材料的表面和內(nèi)部，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，因?yàn)殇圎}在高溫煅燒過(guò)程中會(huì)有一定的揮發(fā)，配料時(shí)會(huì)稍微提高Li/M比(即鋰鹽適當(dāng)過(guò)量)來(lái)彌補(bǔ)燒結(jié)過(guò)程中造成的損失，與空氣中的H₂O和CO₂反應(yīng)再次生成LiOH、Li₂CO₃，殘留在材料表面即殘鋰，高鎳三元正極材料的鎳含量越高，其材料表面的殘鋰量越大。其次，正極三元材料表面的活性氧陰離子會(huì)和空氣中的CO₂和水分反應(yīng)而生成碳酸根，同時(shí)鋰離子從本體遷移到表面并在材料表面形成Li₂CO₃，這一過(guò)程同時(shí)伴隨著材料表面脫氧而形成結(jié)構(gòu)扭曲的表面氧化物層；在制作電池的勻漿、涂布過(guò)程中料漿極易吸水形成果凍狀，導(dǎo)致加工困難；LiOH和電解液中的六氟磷酸鋰反應(yīng)生成HF、Li₂CO₃會(huì)導(dǎo)致電池在高溫儲(chǔ)存時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的脹氣，從而給電池帶來(lái)極大的安全隱患。

因此降低高鎳三元正極材料表面殘鋰量，是提高高鎳三元正極材料加工性能和安全性能的關(guān)鍵；對(duì)于高鎳三元正極材料，包括NMC和NCA的表面殘堿問(wèn)題，必須引起高度重視，雖然不可能絕對(duì)無(wú)殘留，但必須使其含量盡可能低或是控制在穩(wěn)定合理的范圍之內(nèi)(一般500-1000ppm以下)。國(guó)內(nèi)NCA一直不能量產(chǎn)，一個(gè)很重要的技術(shù)原因就是在生產(chǎn)過(guò)程中疏忽了對(duì)溫度、氣氛和環(huán)境濕度的嚴(yán)格控制，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)封閉生產(chǎn)。

因此，降低高鎳三元材料表面堿性過(guò)大的手段主要從三方面入手：1、一般從源頭來(lái)控制前驅(qū)體的pH和生產(chǎn)環(huán)境，控制整個(gè)生產(chǎn)線的溫度、氣氛和環(huán)境濕度，嚴(yán)格控制材料與空氣的接觸；或混鋰燒結(jié)階段降低鋰鹽比例，調(diào)整燒結(jié)制度，讓鋰能快速擴(kuò)散到晶體內(nèi)部；不管哪一種，工藝都很復(fù)雜，不適于量產(chǎn)；2、對(duì)三元材料進(jìn)行水洗，然后二次燒結(jié)降低表面殘堿含量，但可能會(huì)相應(yīng)的會(huì)損失一部分電性能，這是目前商業(yè)中常用得一種方法，且用水量巨大，成本較大。3、表面包覆改性也是降低三元材料表面殘堿含量的有效方法，高鎳的NMC一般都需要表面包覆改性，此法使用的溶液無(wú)法再使用，產(chǎn)生的廢液需要進(jìn)行處理，造成處理成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于三元材料降堿的包覆方法，以克服上述技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

一種用于三元材料降堿的包覆方法，包括水洗包覆步驟和濾液處理步驟；

所述水洗包覆步驟包括以下步驟：按一定固液質(zhì)量比將待處理的三元材料和處理液投入處理罐內(nèi)，攪拌后進(jìn)行固液分離，分別得到粉體材料和濾液，對(duì)粉體材料進(jìn)行干燥和燒結(jié)處理，即可得到表面包覆的三元材料；