一种锂离子电池高镍正极材料的表面改性方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池高镍正极材料的表面改性方法，首先将高镍正极材料与去离子水混合，搅拌成浆料；然后在搅拌的条件下，向浆料中同时加入酸性溶液和沉淀剂溶液，维持反应体系的pH为10.0～12.0进行反应；接着将反应后得到的浆料进行固液分离，得到的固体烘干后过筛，得到表面带包覆层未烧的高镍正极材料；最后将表面带包覆层未烧的高镍正极材料在氧气气氛中加热至300～700℃并且保温3～12h，然后冷却至室温，得到经过表面改性的高镍正极材料。本发明专利技术采用酸性溶液和沉淀剂溶液对高镍正极材料表面残碱进行处理并形成包覆层，此方法有效改善电池制备过程中的加工性能，简化制备工艺，节约生产成本，提高了材料的循环稳定性。

A surface modification method of high nickel anode material for Li-ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池高镍正极材料的表面改性方法
本专利技术涉及锂离子电池高镍正极材料
，涉及降低高镍正极材料表面残余Li或者形成含锂包覆层，具体涉及一种锂离子电池高镍正极材料的表面改性方法。
技术介绍
锂离子电池以其能量密度高、使用寿命长、无污染等优点已成功的应用于各类电子器件和设备中。锂离子电池经过近30年的商业应用，正极材料依然是制约电池整体性能的发展的关键因素之一。锂离子电池高镍正极材料因其原料价格低，容量高、制备工艺简单等已成为目前产业化的热点。但由于材料镍含量较高，对水分较为敏感，表面易生成氢氧化锂和碳酸锂，使得材料表面残锂过高，导致电池制备过程中加工性能差、容量损失严重、循环稳定性较差、胀气严重等问题，从而制约了高镍正极材料的商业化进程。因此，对高镍正极材料进行表面改性处理变的尤为重要。
技术实现思路
本专利技术提供一种锂离子电池高镍正极材料的表面改性方法，以克服现有技术存在的缺陷，本专利技术能够降低高镍正极材料表面残余碱量，改善电池制备过程中的加工性能，简化制备工艺，节约生产成本。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种锂离子电池高镍正极材料的表面改性方法，包括以下步骤：(1)将高镍正极材料与去离子水混合，搅拌成浆料；(2)在搅拌的条件下，向步骤(1)得到的浆料中加入酸性溶液或同时加入酸性溶液和沉淀剂溶液，维持反应体系的pH为10.0～12.0进行反应；(3)将步骤(2)反应后得到的浆料进行固液分离，得到的固体烘干后过筛，得到表面带包覆层未烧的高镍正极材料；(4)将表面带包覆层未烧的高镍正极材料在氧气气氛中加热至300～700℃并且保温3～12h，然后冷却至室温，得到经过表面改性的高镍正极材料。进一步地，步骤(1)中去离子水的质量为高镍正极材料质量的0.5-10倍。进一步地，步骤(1)所述高镍正极材料的化学式为LiNixM1-xO2，其中x≥0.8，M为Co、Mn和Al中的一种或多种。进一步地，步骤(2)所述酸性溶液为草酸溶液、乙酸溶液、醋酸溶液、硼酸溶液、硅酸溶液和磷酸溶液中的一种，酸性溶液浓度为0.01～0.1mol/L。进一步地，步骤(2)沉淀剂为B、Mg、Al、Si、Co、Ni、Ti、Zn、Cr、Zr、Mo、Y、V、Ga、Ge、Sc、Nb、Sn、Te、La或W的可溶性硝酸盐、氯化物、乙酸盐和醋酸盐中的至少一种，且沉淀剂溶液的浓度小于0.05mol/L。进一步地，步骤(2)沉淀剂溶液中阳离子的质量为300～3000ppm。进一步地，步骤(2)中反应温度为20-40℃，搅拌时间为5～60min。进一步地，步骤(3)中烘干温度为120℃，烘干时间为4～12h。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术提供的锂离子电池高镍正极材料表面改性的方法，利用高镍正极材料表面残碱中的OH-和CO32-以及加入在其中的弱酸根与阳离子形成沉淀物包覆于颗粒表面，实现了材料表面碱量的降低，同时生成的沉淀物包覆于颗粒表面。此工艺将水洗和包覆工艺合并为一步法进行改性，且直接在水洗过程中同时达到降碱与包覆的作用；采用湿法包覆可使包覆剂均匀分布于材料颗粒表面；避免了单独的水洗烘干后进行包覆的繁琐工艺，极大的提高了制备效率，对设备要求低，成本相对低廉，适合于工业化生产。附图说明图1为本专利技术实施例1中表面改性高镍正极材料与对比实施例1中未表面改性的高镍正极材料X射线粉末衍射对比图。图2为本专利技术实施例2中表面改性高镍正极材料的扫描电镜图片。图3为本专利技术实施例3中表面改性高镍正极材料与对比实施例3中未表面改性高镍正极材料的循环性能对比示意图。具体实施方式下面对本专利技术的实施方式做进一步详细描述：一种锂离子电池高镍正极材料表面改性方法，包括以下步骤：(1)将一定量的高镍正极材料与50％～1000％重量比的去离子水互相混合，搅拌成浆料，将其置入釜中；(2)在搅拌的条件下，采用蠕动泵向釜内加入酸性溶液或同时加入酸性溶液和沉淀剂溶液，维持反应体系的pH为10.0～12.0的范围，搅拌5～60min，反应温度为20-40℃；其中，酸性溶液为草酸溶液、乙酸溶液、醋酸溶液、硼酸溶液、硅酸溶液和磷酸溶液中的一种，酸性溶液浓度为0.01～0.1mol/L；沉淀剂为B、Mg、Al、Si、Co、Ni、Ti、Zn、Cr、Zr、Mo、Y、V、Ga、Ge、Sc、Nb、Sn、Te、La或W的可溶性硝酸盐、氯化物、乙酸盐和醋酸盐中的至少一种，且沉淀剂溶液浓度小于0.05mol/L。(3)将得到的浆料固液分离，得到的固体于120℃下烘干4～16h，过筛得到表面带包覆层未烧的高镍正极材料。(4)将步骤(3)中所得物料在氧气气氛中加热至300～700℃并且保温3～12h，然后冷却至室温，得到经过表面改性的高镍正极材料，经过表面改性的高镍正极材料中表面改性物质重量占总重量的百分比小于5％。下面结合实施例对本专利技术做进一步详细描述：本专利技术通过酸性溶液和沉淀剂溶液在降低高镍正极材料表面残余碱量的同时形成包覆层对表面进行改性，具体采用弱酸溶液和阳离子溶液对高镍正极材料表面残碱进行处理并形成包覆层，此方法有效改善电池制备过程中的加工性能，简化制备工艺，节约生产成本，提高了材料的循环稳定性。实施例1将一定量的硼酸溶解得到0.01mol/L的溶液20L。将1000g的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2与500g的去离子水搅拌成浆料，将其置于反应釜中，同时通过计量泵以20mL/min的流速向釜内滴加硼酸溶液，在保持搅拌的状态下，反应温度为25℃，控制反应体系pH为12，搅拌60min后将反应釜中得到的物料经过离心机固液分离，得到固体于120℃烘干8h。将上述物料在氧气气氛下，300℃保温12h，自然降温，经破碎筛分得到表面改性的高镍正极材料。对比例1将1000g的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2在氧气气氛下，700℃保温2h，自然降温，经破碎筛分得到目标正极材料。实施例1和对比例1性能检测采用本专利技术实施例1表面改性的高镍正极材料和对比例1中高镍正极材料，分别测试以步长0.02°对其进行X射粉末线衍射分析，扫描角度2θ为0°～80°。由图1可以看出：与对比实施例1中未采用表面改性的高镍正极材料相比，本专利技术实施例1中经改性后高镍正极材料依然保持α-NaFeO2型层状结构。由此可以确定表面改性并未改变材料的晶体结构。实施例2配制0.1mol/L的草酸溶液20L。将2000g的LiNi0.83Co0.11Mn0.04Al0.02O2与4000g的去离子水搅拌成浆料，将其置于反应釜中，配制0.05mol/L的乙酸锌溶液160ml。在保持搅拌的状态下，通过计量泵以10ml/min的流速向釜内滴加草酸溶液，以20ml/min的流速向釜内滴加乙酸锌溶液，反应温度为40℃，直至乙酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池高镍正极材料的表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将高镍正极材料与去离子水混合，搅拌成浆料；/n(2)在搅拌的条件下，向步骤(1)得到的浆料中加入酸性溶液或同时加入酸性溶液和沉淀剂溶液，维持反应体系的pH为10.0～12.0进行反应；/n(3)将步骤(2)反应后得到的浆料进行固液分离，得到的固体烘干后过筛，得到表面带包覆层未烧的高镍正极材料；/n(4)将表面带包覆层未烧的高镍正极材料在氧气气氛中加热至300～700℃并且保温3～12h，然后冷却至室温，得到经过表面改性的高镍正极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池高镍正极材料的表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将高镍正极材料与去离子水混合，搅拌成浆料；
(2)在搅拌的条件下，向步骤(1)得到的浆料中加入酸性溶液或同时加入酸性溶液和沉淀剂溶液，维持反应体系的pH为10.0～12.0进行反应；
(3)将步骤(2)反应后得到的浆料进行固液分离，得到的固体烘干后过筛，得到表面带包覆层未烧的高镍正极材料；
(4)将表面带包覆层未烧的高镍正极材料在氧气气氛中加热至300～700℃并且保温3～12h，然后冷却至室温，得到经过表面改性的高镍正极材料。


2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池高镍正极材料的表面改性方法，其特征在于，步骤(1)中去离子水的质量为高镍正极材料质量的0.5-10倍。


3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池高镍正极材料的表面改性方法，其特征在于，步骤(1)所述高镍正极材料的化学式为LiNixM1-xO2，其中x≥0.8，M为Co、Mn和Al中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池高镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，寇亮，张诚，王继峰，田占元，邵乐，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61