[发明专利]一种三元锂电池正极材料的原子层级包覆方法

说明书

本发明涉及一种三元锂电池正极材料的原子层级包覆方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种三元锂电池正极材料的原子层级包覆方法。通过气源负载金属‑有机化合物蒸汽在微波作用下被电离为等离子体，通过氩等离子的高分散性均匀扩散至原子层级，与三元材料表层的羟基结合，形成M1‑O‑M2‑R结构，之后通过氟化取代R基，形成金属氟盐包覆三元正极材料。该方法工艺简单，解决了传统包覆方法难以作用于原子层级的问题，实现对三元正极球状颗粒均匀包覆。由本发明方法包覆后得到的三元正极材料，具有良好的循环性能及比容量等电学性能，能够满足锂离子电池的性能需求。

技术领域

本发明涉及一种三元锂电池正极材料的原子层级包覆方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。

背景技术

锂离子电池作为清洁高效的能源已经广泛应用于照相机、手机、笔记本电脑等便携式移动设备，并逐渐应用于电动汽车。锂离子电池正极材料是锂离子电池中最关键的部分，而从移动设备到电动车辆，随着储能系统应用的不断扩大，对高能量密度锂离子电池的需求也在不断增加，而锂离子电池中正极材料应该满足诸如高能量密度，长循环寿命和在宽温度范围内的热稳定性的重要标准。特别是，三元正极材料，例如镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂等，由于该类材料具有高容量和价格低廉等优点，其在锂离子电池中的应用受到了广泛关注。虽然结构中较高的Ni含量带来了较高的比容量，但随着 Ni含量的增加，材料也表现出由于阳离子混排和表面反应，从而加速引起的衰减和热不稳定性，特别是在温度升高的情况下。针对以上缺点，很多研究人员通过使用表面包覆金属氧化物，金属磷酸盐等，以提高其循环稳定性。

中国专利CN103000874A公开了一种碳包覆三元正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)将三元正极材料LiNixCoyMnzO₂，加入到去离子水或有机溶剂中；(2)向所得混合液中加入占三元正极材料重量10％～30％的有机碳源，然后再加入占有机碳源重量0.5％～5％碳化催化剂；(3)将所得混合液通过喷雾干燥机喷雾造粒后得到有机碳包覆的锰酸锂；(4)将所得锰酸锂粉末加热到300℃～450℃烧结0.5h～4h，然后冷却即可。该制备方法避免了高温碳化将三元正极材料晶型的破坏。有效提高电极导电性、改善活性材料的表面、保护电极避免其直接接触电解液，从而可得到更好的循环寿命。

中国专利CN107732220A公开了一种氮掺杂介孔碳包覆的锂离子电池三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将三元正极材料超声分散于水中，再加入苯胺单体，超声分散，加入酸溶液，得前驱体溶液；（2）将过硫酸铵溶液加入前驱体溶液中，加热搅拌，离心分离后，洗涤沉淀≥2次，真空干燥，得聚苯胺包覆锂离子电池三元正极材料；（3）置于管式炉中，在惰性气氛下，煅烧，自然冷却至室温，即成。该方法所得氮掺杂介孔碳包覆的锂离子电池三元正极材料粒径为5～15μm，氮掺杂介孔碳包覆层厚度为3～20nm；将其组装成电池，具有较好的循环稳定性和大倍率放电性能。

中国专利CN104466135A公开了一种导电聚合物包覆镍钴锰酸锂正极材料的方法，该方法包括以下步骤：（1）通过机械活化配制LiNi1/3Co1/3Mn1/3前驱体混合液；（2）向LiNi1/3Co1/3Mn1/3前驱体混合液中加入导电聚合物的水溶液或有机溶液；（3）将步骤（2）配制好的混合物进行喷雾干燥，得到均匀混合的前驱体粉末；（4）对振实或压实后的前驱粉体进行煅烧，冷却至室温，得到导电聚合物包覆的镍钴锰酸锂正极材料。将导电聚合物包覆在镍钴锰酸锂正极材料表面，抑制正极材料中过渡金属在充放电循环过程中在电解质中的溶解，从而改善正极材料的电池循环性能和电容量保持率。

综上，锂离子电池三元正极材料的包覆处理对于其电化学性能影响很大。对于表面包覆的研究由来已久，包括固相烧结包覆和液相原位包覆等。固相包覆中大多通过金属氧化物包覆形成隔离层可以抑制电解液对正极活性材料的腐蚀，从而提高循环性能和可逆容量。但目前的固相包覆手段包覆均匀性较差，在使用过程中由于正极材料的体积形变引起包覆层出现裂纹，从而影响其电化学性能。因此，针对包覆的均匀性提高具有十分重要的意义。

发明内容