[發明專利]一種表面包覆和體相參雜富鋰正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202110849914.5
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113488630A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 鄭鋒華;李玉;王紅強;李慶余;潘齊常;胡思江
• 申請（專利權）人: 廣西師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 陸夢云

本發明公開了一種表面包覆和體相參雜富鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述方法為：采用硒化氫為還原劑，將硒化氫氣體與氬氣混合后同時送入裝有富鋰正極材料的管式爐或者其它容器中，加熱反應5?20小時生成表面包覆和體相參雜富鋰正極材料，其中，加熱反應的溫度為100?200攝氏度、硒化氫氣體與氬氣的體積比值為1?5:1且硒化氫氣體與氬氣混合氣體的送入管式爐或者其它容器中時的流量為10?250ml/min、硒化氫氣體與富鋰正極材料的摩爾比值為1?10:1。這種方法工藝低、對富鋰正極材料在電化學過程有很好的保護作用，能顯著提高電池的容量保持率和克容量發揮電化學性能。

技術領域

本發明涉及鋰電池領域，具體是一種表面包覆和體相參雜富鋰正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池技術經過多年的發展，已經占據了移動設備內置電源的大部分市場份額，如現在用的手機、筆記本電腦、藍牙耳機和各種穿戴設備等電子產品。同時，得益于鋰離子電池良好的能量密度和功率密度，使鋰離子電池成為電動汽車（EV）和混動汽車（HEV）動力系統的首選技術，電動交通工具取代石油動力交通工具，將可以顯著減少溫室氣體排放，符合人類社會的發展要求。此外，鋰離子電池的高能效特性適合在電網中充當能量的存儲裝置，包括風能、太陽能、地熱能和其他可再生能源的中轉儲存，從而促進這類新能源能得到更廣泛的利用，為人類能源可持續發展的提供助力。因此，鋰離子電池受到了業界和各國政府機構的廣泛關注，近年來在該領域的投入研究也越來越多。在鋰離子電池體系中，正極材料很大程度上決定了鋰離子電池性能和成本，因此，開發具有比能量密度高、價格便宜和安全可靠的鋰離子電池正極材料對電動汽車的發展具有非常重要的意義。

目前，主要的鋰離子電池正極有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳（鋁）酸鋰、鎳錳酸鋰、富鋰和錳酸鋰等材料。其中，富鋰正極材料因成本低和能量密度高的優勢，被認為是下一代新型鋰離子電池的主要正極材料之一。然而，這種材料存在以下缺陷限制了它們在電動汽車上的快速應用：1.材料與電解液發生副反應，過渡金屬溶解于電解液當中；2.充放電過程中二次顆粒發生破碎和粉化；3.材料在充放電過程中結構發生不可逆的相變，導致容量快速衰減。針對以上問題，對材料表面進行改性包覆和體相參雜是最有簡單有效的優化策略。首先，材料表面改性包覆的主要作用在表面構建一個保護層，防止電解液和電極材料的直接接觸，從而降低電極與電解液發生一系列的副反應，同時可以緩解正極顆粒破碎、粉化的速度，其次，富鋰正極材料體相參雜可以在一定程度上阻止相變的發生，提高電化學性能。目前，富鋰正極材料表面改性包覆和體相參雜主要是通過在水中先溶解相關離子，然后加入電極材料，最后烘干和煅燒實現包覆或者參雜。此類方法會使富鋰材料在表面包覆或參雜過程中接觸到水，然而水會對富鋰電極材料的電化學性能產生一定的不良影響，引起富鋰材料電化學性能是衰減。

因此，開發一種既能對富鋰正極材料表面進行改性和參雜，同時又能避免接觸到水對材料的電化學性能產生傷害的包覆參雜技術是十分必要的。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，而提供一種表面包覆和體相參雜富鋰正極材料的制備方法。這種方法工藝低、對富鋰正極材料在電化學過程有很好的保護作用，能顯著提高電池的容量保持率和克容量發揮電化學性能。

實現本發明目的的技術方案是：

一種表面包覆和體相參雜富鋰正極材料的制備方法，所述方法為：

采用硒化氫為還原劑，將硒化氫氣體與氬氣混合后同時送入裝有富鋰正極材料的管式爐或者其它容器中 ，加熱反應5-20小時生成表面包覆和體相參雜富鋰正極材料，其中，加熱反應的溫度為100-200攝氏度、硒化氫氣體與氬氣的體積比值為1-5:1且硒化氫氣體與氬氣混合氣體的送入管式爐或者其它容器中時的流量為10-250ml/min、硒化氫氣體與富鋰正極材料的摩爾比值為1-10:1。

所述富鋰正極材料化學表達式為xLi2MnO3?(1-x)LiMO2，其中M 為 Ni、 Mn、Co、C、Fe、Mg、 Al或Y元素中的一種或者幾種。