[发明专利]控制层状高镍正极材料表面残锂的方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料的制备及改性方法技术领域，具体涉及一种层状高镍正极材料的改性方法。

背景技术

近年来随着能源危机和环境问题的凸显，新能源材料与器件的发展受到了极大的关注，其中锂离子电池被认为是有望应用于电动车及储能电站的新一代高能电源。然而，传统的LiCoO₂正极材料由于资源紧缺、环境危害大，难以应用在大规模储能电池中。LiNiO₂是一种与LiCoO₂同结构的材料，且具有更高的能量密度、更低的资源成本及较低的毒性。但是，纯相的LiNiO₂不易制得，而且晶体结构中的镍与锂极易产生混排，导致材料的性能变差。掺杂型高镍层状氧化物LiNi_1-xM_xO₂(M＝Co,Mn,Al,Mg)不仅具有LiNiO₂的高容量特性，又有良好的循环性能，被认为是一类可用于新一代电动车及大规模储能电站的正极材料。

目前制备高镍层状正极材料的方法主要是采用高温固相法，原料是通过共沉淀制备的氢氧化物前驱体(或碳酸盐前驱体)及固体锂源。LiOH和Li₂CO₃等固体锂源在高温下易挥发，因此在原料混合的时候会加入过量的锂源以补偿高温过程中的锂损失。但是，烧结过程中锂的挥发量难以控制，因此高温固相反应完成后的材料表面难免会残留过量锂源。过量的锂源一般以Li₂O的形式存在，Li₂O很容易与空气中的H₂O和CO₂结合形成LiOH和Li₂CO₃附着在材料表面，导致材料碱度偏高，使得在电极制作的调浆过程中浆料容易形成“果冻”形态，造成调浆困难。

为了除去材料表面的多余Li₂O，研究者做了大量的工作。其中最简单有效的方法就是水洗[参见CN103199228A号中国专利文献，《电化学和固态快报》(Electrochemical and Solid-State Letters),2009,9,A19-A23；《电源》(Journal of Power Sources),2013,222,318-325]。然而，层状高镍材料对水非常敏感，其在水中很容易发生化学脱锂反应，使得晶格中的锂离子以LiOH的形式溶入水中，破坏材料的结构和电化学性能[《电化学和固态快报》(Electrochemical and Solid-State Letters),2004,7,A190-A193]。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简单、能够有效去除材料表面的锂残余、且能保证被洗材料晶体内部不会发生化学脱锂作用的控制层状高镍正极材料表面残锂的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为一种控制层状高镍正极材料表面残锂的方法，包括以下步骤：

(1)检测已制取或已获取的层状高镍正极材料中锂元素残留量x，x表示检测得到的残余锂在层状高镍正极材料中的质量分数；一般采用原子吸收光谱法可以测得样品材料中所有元素的含量，然后按照材料的分子式则可以算出锂元素残留量；

(2)测量计算一定温度下特定锂源在纯水中的溶解度s(g/100g水)；

(3)再根据上述测得的锂元素残留量x和溶解度s，配制特定质量浓度的特定锂源水溶液；

(4)然后使用配制得到的特定锂源水溶液对所述层状高镍正极材料进行充分洗涤，以去除材料颗粒表面的固体锂源；

(5)最后经固液分离和干燥，得到控制表面残锂后的层状高镍正极材料。

上述本发明的方法，优选的，所述步骤(3)中，配制的特定锂源水溶液由质量为y g的特定锂源与体积为V mL纯水混合溶解而成；y和V满足mx≤y≤0.01Vs-mx，其中m表示洗涤前层状高镍正极材料的总质量(g)，所述x和y均以步骤(2)中特定锂源的当量计。当然，理想化的特定锂源水溶液应该为洗涤后溶液浓度刚好达到饱和，但低浓度的特定锂源水溶液也可能对材料晶格中的Li溶出有抑制作用。