[发明专利]一种具有氟化锂包覆层的锂电池球形正极材料及制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种具有氟化锂包覆层的锂电池球形正极材料及制备方法；制备方法包括：将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰形成的混合溶液搅拌至完全反应，将固体物洗涤干燥，即得NCM前驱体粉末；将NCM前驱体粉末、碳酸锂和硅酸镁锂加热搅拌，在200~300℃下预烧，在流化床中进行烧结，同时氟化氢和氩对粉料进行反吹，过滤即得具有氟化锂包覆层的锂电池球形正极材料。本发明解决现有技术中锂电池正极材料球形化控制差、过渡金属元素溶出的问题。上述制备方法制备得到的具有氟化锂包覆层的锂电池球形正极材料具有较好的球形化形貌，氟化锂作为包覆层可以有效提高电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种具有氟化锂包覆层的锂电池球形正极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂电池。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。锂离子电池正极材料一般为锰酸锂，钴酸锂，镍钴锰酸锂材料。正极材料占有较大比例，因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。

随着锂离子电池技术的不断突破，电池的正负极材料容量逐渐增加，有望在2020年前达到300Wh/kg的国家标准。目前磷酸铁锂与三元正极材料已经进入商业化阶段，并广泛应用于新能源汽车、储能、小型电器等行业。

传统锂电池的正极材料的微纳米级颗粒在合成和处理过程中难以有效保持球形，从而影响正极浆料在涂布、粘接和压制中的流动性，降低材料的振实密度和容量。同时正极材料中过渡金属元素的溶出会严重影响电池的循环性能，传统锂电池的正极材料SEI膜为包覆在材料的宏观表面，难以抑制正极材料内部过渡金属元素向表层迁移并通过SEI膜向电解液中渗透。

专利CN101638226B提出球形磷酸铁锂的制备方法，解决了现有磷酸铁锂的制备方法制成的磷酸铁锂振实密度低、导电率低、形状不规则、性能不稳定，后期加工亲和力差等的问题。本球形磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：A、制备磷酸铁锂粉末；B、制备球形磷酸铁锂。本球形磷酸铁锂制备方法的工艺流程简单、生产成本低、适合大规模生产。本发明制备的球形磷酸铁锂颗粒度小、振实密度大，室温下首次放电比容量高。只采用一次性烧结基本成型，从而减少工艺流程，采用后续再加工的成球处理，制成的成品为正球形磷酸铁锂，更适合于后期加工，所得到的正球形磷酸铁锂粒径较小，在制备锂电池时更容易涂布，而且亲和性更好，涂布不易开裂。然而这种方法需要额外加入球化工艺，增加了生产成本。

专利CN111170375A提出一种三元正极材料前驱体及其制备方法，所述方法包含：1）将硫酸镍水溶液、硫酸钴水溶液和硫酸锰水溶液混合，且硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰的摩尔比为（1~9）：（0.5~5）：（0.5~5），得到混合金属盐溶液；2）在惰性气氛中，将混合金属盐溶液与沉淀剂、络合剂滴加混合后进行反应，产生沉淀物；3）当沉淀物的D50达到5~15um时，通入含有氧气的气体，使沉淀物的表面上发生氧化反应，通入气体直至沉淀物的比表面积达到5~20m²/g后停止，将氧化反应后的体系进行固液分离，得到三元正极材料前驱体。上述前驱体的制备工艺复杂，能耗高、工艺耗时长。

专利CN109835956A提出一种锂离子电池正极材料的制备方法及其应用，基于高分子模板的模板法，高分子模板的形貌为球状、棒状、花簇状中的一种或多种。制备方法为首先通过改变形貌控制剂的种类和加入量合成不同的高分子模板，后续将高分子模板加入到三元材料的制备过程中。球形的模板合成的材料孔径分布均匀，形貌较好，采用该材料制备出的正极浆料均匀。然而这种方法合成需要大量的有机模板，既不经济也不环保。

因此，针对锂电池球形化颗粒的制备和性能的优化具有十分重要的实际意义。

发明内容