[发明专利]一种高界面稳定性正极材料合成方法

说明书

一种高界面稳定性正极材料合成方法，主要过程为：先通过高温固相反应合成锂离子电池正极材料基体，再结合液相包覆和自蔓延法低温热处理，得到目标产品。目标产品包括本体材料和包覆层，本体结构式可表示为LixMO₂，0.9≦x≦1.2，M＝Co、Ni、Mn、Al中的一种或多种；包覆层为α‑LiAlO₂。本发明先测定基体表面游离Li，然后加入等计量比的Al源以及自蔓延烧结所需的有机物，随后在低温下自蔓延烧结合成表面包覆层，该方法能最大限度降低表面游离Li，并避免基体内部Li的脱出，同时在基体表面形成耐电解液腐蚀的包覆层，所得材料界面稳定性高，不易吸水，加工性能好，高温性能和安全性能出色。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料，具体为一种高界面稳定性正极材料合成方法。

背景技术

锂离子电池包括正极材料、负极材料、隔膜、电解液四大主要组成部分，其中正极材料是决定锂离子电池性能和成本的关键。目前，市场上主流的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、以及以镍为主要成分的多元材料，合成方法一般为高温烧结法，先将锂原料和金属氧化物或氢氧化物前驱体混合，然后通过高温烧结，使锂离子在高温下扩散渗透进入前驱体内，形成具有一定晶体结构的锂金属氧化物。在制作锂离子电池时，将正极材料、导电剂、粘结剂、有机溶剂以一定的比例混合并调配混合成浆料，然后将浆料涂布在铝箔表面而制成极片。正极极片与负极极片之间以隔膜隔离，注入电解液作为锂离子传导介质，由此而组装成电池，充电时锂离子从正极材料脱出，通过电解液和隔膜嵌入负极材料；放电时则锂离子从负极脱出回到正极，一次充放电过程即为一个循环。

正极材料的颗粒表面是与空气、电解液、隔膜等直接接触的界面，其稳定性直接影响材料加工性能、电性能和安全性能。如果表面稳定性差，一方面，正极浆料将因吸水而凝聚或结成果冻状，极片也容易吸水脆化或掉粉，无法组装成电池；另一方面，材料会与电解液发生副反应，伴随Li离子的溶解、材料本体Li的脱出以及电解液的分解，导致电池容量和寿命加速衰减，同时可能由于产生气体和大量放热而引起安全事故。综上所述，界面稳定性成为影响正极材料和锂离子电池性能的关键因素，也是材料性能改善的焦点。随着锂离子电池在电动交通工具领域应用的普及，对电池的循环寿命、安全性能等提出了更高的要求，技术人员亟待找到一种可改善材料界面稳定性的方法。

锂离子电池正极材料在合成后都处于富锂状态，锂离子以材料本体晶体结构中的Li和表面游离态Li两种方式存在，两者达到动态平衡。材料表面的Li以Li₂CO₃或LiOH等化合态方式附着于颗粒表面，极易吸水并与电解液发生副反应，导致浆料稳定性变差、循环性能衰减甚至跳水、安全性能恶化。现有技术一般是采用水洗、包覆并结合较高温度的热处理，存在的问题是，当表面游离Li降低时，高温热处理会使得锂离子从晶体结构中脱出而破坏晶体结构稳定性。因此，如何降低材料游离态的Li，同时降低热处理温度以抑制材料本体Li的析出成为提高正极材料表面稳定性的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高界面稳定性正极材料合成方法，解决背景技术中的问题。

本发明采用以下技术方案实现：

一种高界面稳定性正极材料合成方法，具体包括以下步骤：

S1：按摩尔比Li:M＝0.9～1.2称取Li化合物、M化合物、造孔剂置于高速混料机中混合均匀后，置于气氛炉中经预烧、高温烧结后制得正极材料基体Li_xMO₂；

S2：测定步骤S1所得基体表面游离Li含量，按摩尔比游离Li:Al＝1：1称取Al化合物，分散在去离子水中，搅拌60～120min得到包覆溶液；