一种锂离子电池正极材料的包覆方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池正极材料的包覆方法。该方法通过采用碟巢磨设备，将需要进行包覆的锂离子电池正极材料以固体粉末的形式，连续输入碟巢磨，固体粉料在碟巢磨的腔体被高速旋转的叶轮和碟片所分散，碟片和特有的衬板之间形成有多重巢式旋流，其间的气流冲击力可将固体粉料充分打散。同时通过旋转速度的控制，可使粉末材料或保持形貌，或被粉碎。同时包覆材料以溶液或浆料的形式从通过喷雾的方式进入碟巢磨，均匀的与带有一定温度的被包覆固体粉末颗粒接触而完成包覆。该工艺可以将目前锂离子电池正极材料的传统包覆工艺大大简化，产能大幅提高，产品包覆效果大大提高，成本明显下降。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极材料的包覆方法
本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料的包覆方法，属于锂离子电池正极材料制备领域。
技术介绍
锂离子电池具有工作电压高、比能量大、安全性好、能量密度大等显著的优点，是当前最有竞争力的二次电池。其电化学性能主要取决于所用电极材料在电解液中发生的氧化还原反应的程度和稳定性，前者决定了电池的能量输出大小，后者决定了电池的充放电寿命。由于锂离子电池需要在较高的电压下工作(一般是3-4.3V)，电极/电解液界面的稳定性是循环寿命的关键。由于目前采用的锂离子电池正极材料一般都是无机粉末颗粒，其较大的比表面积容易与电解液发生副反应，不叫降低了电池的能量密度，也影响电池的寿命。因此，在工业应用上，往往需要对电极材料表面进行修饰，最经常采用的手段就是表面包覆。电极活性材料表面包覆一层物质，通常是无机纳米粉末材料，可以减少或避免电极材料中的活性物质与电解液的直接接触，从而抑制电极与电解液副反应的发生，抑制材料在充放电过程中的结构破坏，提高了材料表面的结构稳定性，增加了材料的循环寿命。对于高镍三元NCM材料，由于表面吸水性强，容易在表面形成氢氧化锂和碳酸锂，影响电池的加工性能，如正极材料匀浆过程易形成果冻状浆液，不能实现极片正常涂布。电极活性材料表面包覆一层纳米氧化物可以大大降低材料的吸水性。目前锂离子电池正极材料生产厂家常规采用的包覆手段有：(1)干法包覆，即将包覆材料与被包覆的基底材料按比例混合，通过搅拌、分散、研磨、融合等手段将它们复合，但往往存在包覆效果差、包覆比例小和包覆材料自身团聚等缺点；(2)湿法包覆，即将包覆材料制成溶液或浆料，然后加入被包覆材料颗粒，通过搅拌、超声、分散、沉淀等手段使包覆材料附着在被包覆材料表面，但存在需要后续除去溶剂、基底材料与溶剂(如水)容易发生反应、包覆成本高等缺点。碟巢磨是一种新型的集烘干、解聚(粉碎)和改性为一体的多功能机器，可对滤饼、软泥、浆料、颗粒、粉体多形态物料进行处理，具有节能、环保、工艺简单等优点。可通过煤、电、天然气加热载气，并将物料通过热载气带入烘干腔体进行干燥，腔体内特殊设计的叶轮和大量安置在不同位置的碟片通过高速旋转，形成多重巢式旋流，其间的气流冲击力，摩擦力和剪切力，迅速将物料均匀高度均匀分散。
技术实现思路
针对现有技术中锂离子电池正极材料的包覆存在包覆难度大、包覆层不均匀、包覆物与溶剂发生反应、包覆物质尺寸不可控的缺陷，本专利技术提供一种锂离子电池正极材料包覆的方法。该工艺简单，易于控制，环境友好，可规模化处理。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：所述锂离子电池正极材料采用碟巢磨进行包覆；先对碟巢磨进行预热，使碟巢磨的进料口温度为100-400℃，出料口温度为80-120℃，并控制主机转速为1050-2500r/min，空气流量为2050-6000m3/h；然后将锂离子电池正极材料粉末和含包覆材料的溶液同步输入碟巢磨中，反应获得含包覆层的锂离子电池正极材料。在本专利技术的技术方案中，当锂离子电池电极正材料固体粉末在高速旋转和鼓风的碟巢磨腔体中被高度分散并加热的同时，液相包覆物料通过喷雾的方式进入碟巢磨腔体，形成大量分散均匀的细小雾滴颗粒。这些含有包覆材料的小雾滴与高速分散旋转的带有一定温度的固体粉末材料颗粒表面一经接触，便会在其表面上迅速汽化形成固体包覆层；在几秒的反应时间内，即可完成对锂离子电池正极材料的包覆，获得含包覆层的锂离子电池正极材料。优选的方案，所这锂离子电池正极材为层状过渡金属锂离子电池正极材料。作为进一步的优选，所述锂离子电池正极材料选自LiCoO2、LiCoO2掺杂衍生物、LiMn2O4、LiMn2O4掺杂衍生物、Li1+aNixCoyMnzO2(-0.1<a<0.1,0<x<1,0<y<1,0<z<1,0.8<x+y+z<1.2)、Li1+aNixCoyMnzO2(-0.1<a<0.1,0<x<1,0<y<1,0<z<1,0.8<x+y+z<1.2)掺杂衍生物、Li1+aNixCoyAlzO2(-0.1<a<0.1,0<x<1,0<y<1,0<z<1,0.8<x+y+z<1.2)、Li1+aNixCoyAlzO2(-0.1<a<0.1,0<x<1,0<y<1,0<z<1,0.8<x+y+z<1.2)掺杂衍生物，mLi2MnO3-(1-m)Li1+aNixCoyMnzO2(0<m<1,0<n<1,-0.1<a<0.1,0<x<1,0<y<1,0<z<1,0.8<x+y+z<1.2)、mLi2MnO3-(1-m)Li1+aNixCoyMnzO2(0<m<1,0<n<1,-0.1<a<0.1,0<x<1,0<y<1,0<z<1,0.8<x+y+z<1.2)掺杂衍生物中的至少一种。作为更进一步的优选，所述锂离子电池正极材料选自LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiMn2O4、LiCoO2中的至少一种。优选的方案，所述包覆材料为含金属氧化物的物质或金属盐，所述金属盐经100～600℃分解为金属氧化物。作为进一步的优选，所述金属氧化物为二氧化钛、氧化镁、氧化铝、氧化锆、二氧化硅中的至少一种。作为更进一步的优选，所述包覆材料选自硝酸铝、醋酸铝、异丙醇铝、铝溶胶、钛酸四丁酯、钛溶胶、硝酸锆、氧氯化锆、硝酸镁、醋酸镁、氢氧化镁溶胶中的至少一种。作为更进一步的优选，所述包覆材料选自铝溶胶、醋酸镁、钛溶胶中的至少一种。优选的方案，所述含包覆材料的溶液中的溶剂选自水或有机溶剂。作为进一步的优选，所述有机溶剂选自乙醇、异丙醇、丙酮、四氯化碳中的至少一种。优选的方案，所述含包覆材料的溶液以喷雾的形式输入碟巢磨。优选的方案，先对碟巢磨进行预热，使碟巢磨进料口温度为200-350℃。作为更进一步的优选，先对碟巢磨进行预热，使碟巢磨进料口温度为200-300℃。优选的方案，控制主机转速为1200-2400r/min，空气流量为2500-5000m3/h。作为进一步的优选，控制主机转速为1500-2400r/min，空气流量为3000-4000m3/h。优选的方案，所述锂离子电池正极材料粉末与含包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池正极材料的包覆方法，其特征在于：所述锂离子电池正极材料采用碟巢磨进行包覆；先对碟巢磨进行预热，使碟巢磨进料口温度为100‑400℃，出料口温度为80‑120℃，并控制主机转速为1050‑2500r/min，空气流量为2050‑6000m3/h；然后将锂离子电池正极材料粉末和含包覆材料的溶液同步输入碟巢磨中，反应获得含包覆层的锂离子电池正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料的包覆方法，其特征在于：所述锂离子电池正极材料采用碟巢磨进行包覆；先对碟巢磨进行预热，使碟巢磨进料口温度为100-400℃，出料口温度为80-120℃，并控制主机转速为1050-2500r/min，空气流量为2050-6000m3/h；然后将锂离子电池正极材料粉末和含包覆材料的溶液同步输入碟巢磨中，反应获得含包覆层的锂离子电池正极材料。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料的包覆方法，其特征在于：所述锂离子电池正极材料为层状过渡金属锂离子电池正极材料。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料的包覆方法，其特征在于：所述锂离子电池正极材料选自LiCoO2、LiCoO2掺杂衍生物、LiMn2O4、LiMn2O4掺杂衍生物、Li1+aNixCoyMnzO2(-0.1<a<0.1,0<x<1,0<y<1,0<z<1,0.8<x+y+z<1.2)、Li1+aNixCoyMnzO2(-0.1<a<0.1,0<x<1,0<y<1,0<z<1,0.8<x+y+z<1.2)掺杂衍生物、Li1+aNixCoyAlzO2(-0.1<a<0.1,0<x<1,0<y<1,0<z<1,0.8<x+y+z<1.2)、Li1+aNixCoyAlzO2(-0.1<a<0.1,0<x<1,0<y<1,0<z<1,0.8<x+y+z<1.2)掺杂衍生物，mLi2MnO3-(1-m)Li1+aNixCoyMnzO2(0<m<1,0&...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡国荣，杜柯，彭忠东，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43