一种包覆改性电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种包覆改性电极材料及其制备方法。所述方法先通过流化床的喷嘴向流化床反应器中喷入包覆液，与处于流态化的电极材料混合，实现包覆材料前驱体对电极材料的包覆，然后进行烧结，得到由电极材料及包覆在电极材料表面的包覆材料构成的包覆改性电极材料。本发明专利技术通过进一步优化流化床的部件连接关系以及气体分布板和喷嘴的结构设计，可以在提高包覆均匀性，简化包覆流程，降低包覆工艺成本，提升电极材料的循环性能的同时，解决非正常流化现象的影响以及工作时喷嘴被堵塞的问题。

A Coated Modified Electrode Material and Its Preparation Method

The invention discloses a coated modified electrode material and a preparation method thereof. The method first sprays the coating liquid into the fluidized bed reactor through the nozzle of the fluidized bed, mixes with the fluidized electrode material, realizes the coating of the precursor of the coating material on the electrode material, and then sinters to obtain the coating modified electrode material consisting of the electrode material and the coating material on the surface of the electrode material. By further optimizing the connection relationship between components of fluidized bed and the structure design of gas distribution plate and nozzle, the invention can improve the uniformity of coating, simplify the coating process, reduce the cost of coating process, improve the cycling performance of electrode materials, and solve the influence of abnormal fluidization phenomenon and the problem of blocked nozzle when working.

【技术实现步骤摘要】
一种包覆改性电极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种包覆改性电极材料及其制备方法，尤其涉及一种包覆改性电极材料，及先采用流化床将包覆材料前驱体和电极材料混合，再烧结制备包覆改性电极材料的方法。
技术介绍
锂离子电池能量密度高、输出功率大，绿色环保对环境友好，不含有铅、镉、汞等有毒物质，在新能源汽车、储能方面有着广泛的应用前景。随着锂离子电池应用的快速发展，人们对锂电池的容量、循环性能、安全性能、倍率性能要求越来越高。锂电池正极材料的体相和表面相结构稳定性是影响锂电池循环性能的重要因素，如何提高正极材料的结构稳定性也成为了锂电池领域的研究热点。目前的研究结果表明，影响锂离子电池正极材料安全性和充放电循环稳定性的重要原因包括：充电态正极材料晶格失氧及相变、电解液的氧化分解反应、过渡金属离子在电解液中的溶出以及电解液副反应产生的HF对正极材料的腐蚀等。表面包覆能够有效减缓以上反应，从而提升正极材料的安全性和循环性能。CN201210221966.9公开了一种通过共沉淀法在正极材料表面包覆一层纳米氧化铝的制备方法；CN106684358A公开了一种通过溶胶凝胶法在富锂正极材料表面包覆氧化铝的改性方法。液相包覆法虽然能够在正极材料表面均匀的包覆一层金属氧化物，提升正极材料的循环性能，但是工艺复杂、处理成本较高。原子层沉积(ALD)包覆方法可以实现1nm-2nm厚包覆层的均匀包覆，性能优异，但对设备和原料要求高，成本高，也不利于工业化生产。CN201710099667.5公开了一种通过气流磨的高速撞击流的方式将包覆液与正极材料进行混合得到包覆材料前驱体。这种包覆方法虽然在一定程度上能在降低包覆液的使用量的同时提高工作效率，但是高速撞击本身会对正极材料的表面包覆层造成破坏，影响材料性能。因而，有必要提供一种简单、低成本地制备包覆改性电极材料的方法，以得到均匀包覆效果，并大幅改善电极材料的循环性能。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种包覆改性电极材料及其制备方法。采用本专利技术的方法先将包覆材料前驱体与流态化的电极材料混合和包覆，可以在实现流态化混合的同时能提升包覆均匀性，还可以简化包覆流程，降低包覆工艺的成本。第一方面，本专利技术提供一种包覆改性电极材料的制备方法，所述方法先通过流化床的喷嘴向流化床反应器中喷入包覆液，与处于流态化的电极材料混合，实现包覆材料前驱体对电极材料的包覆，然后进行烧结，得到由电极材料及包覆在电极材料表面的包覆材料构成的包覆改性电极材料。流化床反应器是实现流态化过程的设备，本专利技术通过流化床反应器使喷入的包覆液(即包覆材料前驱体的溶液、溶胶或悬浮液)与流态化的电极材料发生作用，实现包覆材料前驱体与电极材料的混合，使包覆材料前驱体均匀地包覆在电极材料的表面，在保持包覆均匀性的同时，简化包覆流程，降低包覆工艺成本。作为本专利技术所述方法的优选技术方案，所述电极材料为正极材料或负极材料中的任意一种，优选正极材料，进一步优选三元镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍钴酸锂、镍锰酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸锰铁锂以及上述对应的正极材料经过掺杂改性所得正极材料中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述流态化为散式流态化，也即平稳床。优选地，所述包覆液为包覆材料前驱体的溶液、溶胶或悬浮液中的任意一种，所述溶液、溶胶或悬浮液中的溶剂是有机溶剂或水。优选地，所述溶液、溶胶或悬浮液中的溶质为纳米金属氧化物、纳米非金属氧化物、纳米金属氢氧化物、纳米非金属氢氧化物、金属盐或非金属盐中的任意一种或至少两种的组合，优选包括纳米氧化铝、纳米氧化镁、纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁、纳米碳酸镁、纳米氧化钛、纳米氢氧化钛、纳米氧化锆、纳米氢氧化锆、纳米氧化钼、纳米氢氧化钼、纳米氧化钨、纳米氢氧化钨、纳米二氧化硅、纳米氧化硼、纳米五氧化二磷、纳米磷酸铝、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、硅酸盐或硼酸盐中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述包覆液为包覆材料前驱体对应的金属有机脂的有机溶液，纳米金属氧化物的悬浮分散液，纳米金属氢氧化物的悬浮分散液，纳米非金属氧化物悬浮溶液，或非金属化合物的溶液中的任意一种。优选地，所述包覆材料前驱体对应的金属有机脂的有机溶液中，金属有机脂中的包覆元素包括Al、Mg、Zr、Ti、Mn、La、Mo、W、Si、B或P中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述包覆材料前驱体对应的金属有机脂的有机溶液中，作为溶质的金属有机脂为金属脂类有机物，优选包括异丙醇铝、钛酸丁酯、钛酸乙酯、硬脂酸铝、柠檬酸铝、异丙醇锆或含Mo和W的有机化合物中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述包覆材料前驱体对应的金属有机脂的有机溶液中，作为溶剂的有机溶剂包括四氢呋喃、无水甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇或异丁醇中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述包覆材料前驱体对应的金属有机脂的有机溶液中还包含润湿剂，所述润湿剂为二甲基硅油。优选地，所述包覆材料前驱体对应的金属有机脂的有机溶液中，溶质的质量分数为0.01wt％～30wt％，例如0.01wt％、0.05wt％、0.1wt％、0.3wt％、0.6wt％、1wt％、2wt％、3wt％、5wt％、8wt％、12wt％、15wt％、20wt％、22wt％、25wt％、27.5wt％或30wt％等。优选地，所述纳米金属氧化物或氢氧化物的悬浮分散液的质量分数为0.01wt％～30wt％，例如0.01wt％、0.05wt％、0.1wt％、0.3wt％、0.6wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、8wt％、10wt％、12wt％、15wt％、20wt％、22wt％、25wt％、27.5wt％或30wt％等。优选地，所述包覆液中金属氧化物或非金属氧化物的质量占包覆改性后的电极材料的质量比为0.01％～5％，例如0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.2％、3.6％、4％、4.5％或5％等。作为本专利技术所述方法的优选技术方案，所述烧结的温度为200℃～900℃，例如200℃、240℃、300℃、325℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、580℃、620℃、650℃、700℃、750℃、800℃或900℃等。优选地，所述烧结的时间为2h～10h，例如2h、3h、3.5h、4h、5h、6h、6.5h、7h、8h、9h或10h等。优选地，所述烧结采用的设备为电极材料烧结设备，优选为箱式炉、辊道窑、推板窑或回转炉中的任意一种。优选地，所述烧结的气氛为干燥的压缩空气气氛或氧气气氛中的任意一种或两种的混合气氛。作为本专利技术所述方法的优选技术方案，所述流化床包括流化床反应器、进料口、储罐、气泵、气体分布板、喷嘴、出料口、进气口、分离器和出气口；其中，所述流化床反应器的进气口通过管道与气泵连接，所述进气口和气泵之间的管道上设置有储罐并通过储罐的出口连接，所述储罐顶部设置有加料口；所述气体分布板位于流化床反应器的下部，所述分离器位于流化床反应器的上部且与位于流化床反应器顶部的出气口连通，所述喷嘴设置在流化床反应器的侧壁、顶部或底部的任一位置，所述出料口设置在流化床反应器的侧壁上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用流化床制备包覆改性电极材料的方法，其特征在于，所述方法先通过流化床的喷嘴向流化床反应器中喷入包覆液，与处于流态化的电极材料混合，实现包覆材料前驱体对电极材料的包覆，然后进行烧结，得到由电极材料及包覆在所述电极材料表面的包覆材料构成的包覆改性电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种利用流化床制备包覆改性电极材料的方法，其特征在于，所述方法先通过流化床的喷嘴向流化床反应器中喷入包覆液，与处于流态化的电极材料混合，实现包覆材料前驱体对电极材料的包覆，然后进行烧结，得到由电极材料及包覆在所述电极材料表面的包覆材料构成的包覆改性电极材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极材料为正极材料或负极材料中的任意一种，优选正极材料，进一步优选三元镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍钴酸锂、镍锰酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸锰铁锂以及上述对应的正极材料经过掺杂改性所得正极材料中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述流态化为散式流态化，也即平稳床。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述包覆液为包覆材料前驱体的溶液、溶胶或悬浮液中的任意一种；优选地，所述溶液、溶胶或悬浮液中的溶质为纳米金属氧化物、纳米非金属氧化物、纳米金属氢氧化物、纳米非金属氢氧化物、金属盐或非金属盐中的任意一种或至少两种的组合，优选包括纳米氧化铝、纳米氧化镁、纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁、纳米碳酸镁、纳米氧化钛、纳米氢氧化钛、纳米氧化锆、纳米氢氧化锆、纳米氧化钼、纳米氢氧化钼、纳米氧化钨、纳米氢氧化钨、纳米二氧化硅、纳米氧化硼、纳米五氧化二磷、纳米磷酸铝、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、硅酸盐或硼酸盐中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述包覆液为包覆材料前驱体对应的金属有机脂的有机溶液，纳米金属氧化物的悬浮分散液，纳米金属氢氧化物的悬浮分散液，纳米非金属氧化物悬浮溶液，或非金属化合物的溶液中的任意一种；优选地，所述包覆材料前驱体对应的金属有机脂的有机溶液中，金属有机脂中的包覆元素包括Al、Mg、Zr、Ti、Mn、La、Mo、W、Si、B或P中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述包覆材料前驱体对应的金属有机脂的有机溶液中，作为溶质的金属有机脂为金属脂类有机物，优选包括异丙醇铝、钛酸丁酯、钛酸乙酯、硬脂酸铝、柠檬酸铝、异丙醇锆或含Mo和W的有机化合物中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述包覆材料前驱体对应的金属有机脂的有机溶液中，作为溶剂的有机溶剂包括四氢呋喃、无水甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇或异丁醇中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述包覆材料前驱体对应的金属有机脂的有机溶液中还包含润湿剂，所述润湿剂为二甲基硅油；优选地，所述包覆材料前驱体对应的金属有机脂的有机溶液中，溶质的质量分数为0.01wt％～30wt％；优选地，所述纳米金属氧化物或氢氧化物的悬浮分散液的质量分数为0.01wt％～30wt％。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述包覆液中金属氧化物或非金属氧化物的质量占包覆改性后的电极材料的质量比为0.01％～5％。6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述烧结的温度为200℃～900℃；优选地，所述烧结的时间为2h～10h；优选地，所述烧结采用的设备为电极材料烧结设备，优选为箱式炉、辊道窑...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄明，龚金保，姚淦，吕舒宏，
申请(专利权)人：横店集团东磁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33