[发明专利]一种用HF气相中和来降低锂电池电极材料PH值的方法

说明书

本发明提供了一种用HF气相中和来降低锂电池电极材料PH值并同时达到含锂氟化物包覆的方法，包括以下步骤：S1、将电极材料置于原子层沉积仪器反应腔中，抽真空并加热反应室，使电极材料在设定温度下保持5～30min；S2、打开出气阀，脉冲清扫气；S3、关闭出气阀，脉冲氟化氢‑吡啶，保持一段时间；S4、然后打开出气阀，脉冲清扫气，关闭出气阀，抽真空移去多余的反应副产物；S5、返回步骤S3循环执行S3以后步骤，直到反应副产物不再产生二氧化碳和水为止。本发明通过HF中和电极材料表面的残留碱，同时形成LiF包覆，降低了电极材料的pH值，抑制了有机溶剂的氧化分解和电解液中少量的HF对于金属氧化物正极的攻击，同时减少了电池在化成、循环和存储中的产气。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极技术领域，尤其涉及一种用HF气相中和来降低锂电池电极材料PH值的方法。

背景技术

锂离子电池是一个快速增长的应用产品，它在诸多领域都有重要应用，包括混合动力汽车和插电式动力汽车。这些电池通常由含锂的过渡金属氧化物或者含锂的过渡金属磷酸盐正极和石墨负极组成，这些电极通常由电极粉末和有机粘接剂组成，因此电极呈现多孔结构。

目前，商业化的电极材料包括钴酸锂(LiCoO₂(LCO))、钴锰镍酸锂(LiMn_xNi_yCo_zO₂(x+y+z＝1)(NCM))，镍钴铝锂(LiNi_xCo_yAl_zO₂(x+y+z＝1)(NCA))，这些电极和电极材料都有非常严重的性能不足，提高含锂电极材料的易操作性是非常令人头疼的事情。一般来说，电极材料pH值会影响多数氧化物正极的表面化学性能，他们的pH值一般在11以上，导致在电极制备过程中吸水严重，难以涂布，并在循环和存储过程中有非常严重的产气现象，导致锂电池体积变化，厚度增加。

目前，对锂离子电池的正极活性材料的改性研究主要集中在掺杂和表面包覆。掺杂是指用Li、Na、Mg、Al、Ti等代替部分过渡金属元素，提高材料的结构稳定性和离子电子电导，从而改善材料的循环性能或降低成本。但是掺杂本身并不能有效解决材料表面的副反应，造成材料电化学性能变差，尤其是对于经常需要充电至比较高的电压范围的高容量电极材料。表面包覆指用C、Al2O3、AlPO4、ZrO2等对正极表面进行包覆，在改善或不影响离子电子传输的前提下有效隔离电极材料与电解液的接触，减少电解液的分解、避免SEI膜的形成、增加材料表面的稳定性，从而提高材料的电化学性能。另外表面包覆过的材料可以在更宽的电压范围内循环，从而增加了材料的比容量和比能量密度。但是，由于这些包覆并不均匀，而且材料表面的残留碱并没有被去除导致pH仍然偏高。氧化物包覆在长时间循环过程中会和电解液中少量的HF反应，从而导致电池包覆层被破坏，电池性能下降。因此，锂电行业亟需一种更为有效的用于降低锂离子电机材料pH值，且包覆层材料稳定的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种用HF气相中和来降低锂电池电极材料PH值，且同时形成氟化物包覆的方法。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种用HF气相中和来降低锂电池电极材料PH值的方法，包括以下步骤：

S1、将电极材料置于原子层沉积仪器反应腔中，抽真空并加热反应室，使电极材料在设定温度下保持5～30min，反应腔内的气压低于0.01个大气压；

S2、打开出气阀，脉冲清扫气，清扫3～60s；

S3、关闭出气阀，脉冲氟化氢-吡啶，时间为0.01～10s，接着保持一段时间1s-5min；

S4、然后打开出气阀，脉冲清扫气，清扫0.1～1min；关闭出气阀，抽真空，移去多余的反应副产物；

S5、返回步骤S3循环执行S3以后步骤，直到反应副产物不再产生二氧化碳和水为止。