一种降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱含量的方法技术

本发明专利技术实施例涉及一种降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱含量的方法，所述方法包括：常温下，在1m/s‑10m/s的搅拌速度下向一定量的非水无活性氢有机溶剂中加入一定量的酸或酸的衍生物，搅拌至溶解完全，得到降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱用洗涤液；其中，所述待处理的高镍正极材料与非水无活性氢有机溶剂的质量比为1:0.5‑1:4；所述洗涤液中所述酸或酸的衍生物的摩尔浓度为待处理的高镍正极材料表面残碱的摩尔量的0.5‑1.5倍；在1m/s‑10m/s线速度搅拌下，向所述洗涤液中加入待处理的高镍正极材料，搅拌1‑120min；离心去除溶剂后，在20℃‑80℃下抽真空加热干燥后的得到处理后的高镍正极材料。

A method to reduce the residual alkali content on the surface of high nickel cathode materials for lithium ion batteries

【技术实现步骤摘要】
一种降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱含量的方法
本专利技术涉及锂离子电池材料制备方法
，尤其涉及一种降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱含量的方法。
技术介绍
锂电池正极材料，尤其是高镍三元NCM/NCA材料，由于其表面反应后残留的碱性化合物(如LiOH和Li2CO3)含量较高，严重影响高镍三元材料的空气稳定性及其制浆与涂布过程中的加工性能，一般需要严苛的加工环境露点控制。同时，过多的残留碱性化合物也会影响电池的安全与循环性能，尤其是增加正极材料与电解液界面的副反应，引起电解液分解和产气。目前业内针对这一问题主要采用优化烧结工艺、降低Li和金属的投料比、水洗或者醇洗加弱酸处理的方式。但是每一种方式都有其局限性。优化烧结工艺来降低碱性杂质，一般改善程度有限，效果不明显，性价比不高；降低Li和金属的投料比，会导致可逆容量偏低，且调控区间有限；水洗包覆工艺会增加正极材料的比表面积，增加正极材料与电解液的副反应；由于Li+/H+离子交换，牺牲材料电化学性能，使得容量降低，循环变差，尤其是对于Ni含量超过85％的高镍NCM/NCA，另外废水处理也是不小的成本。而醇洗加弱酸处理，尽管可以更好的控制碱性去除的程度，但是对于Ni含量摩尔分数超过85％的高镍材料而言，醇类的活性氢也会和结构Li+发生离子交换，带来一定的副反应，如比表面积增加，循环性能下降。因此业内亟待提出一种高效、低成本的降低高镍正极材料表面残碱含量的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱含量的方法。以非水无活性氢有机化合物为溶剂，以酸或者酸的衍生物为活性组分溶解其中，简单混合搅拌后用于处理高镍材料来降低残碱量，提高锂离子电池高镍正极材料的加工性能及循环寿命，处理工艺简单，适于大规模工业生产中应用。为此，本专利技术实施例提供了一种降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱含量的方法，所述方法包括：常温下，在1m/s-10m/s的搅拌速度下向一定量的非水无活性氢有机溶剂中加入一定量的酸或者酸的衍生物，搅拌至溶解完全，得到降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱用洗涤液；其中，所述待处理的高镍正极材料与非水无活性氢有机溶剂的质量比为1:0.5-1:4；所述洗涤液中酸或者酸的衍生物的摩尔浓度为待处理的高镍正极材料表面残碱的摩尔量的0.5-1.5倍；在1m/s-10m/s线速度搅拌下，向所述洗涤液中加入待处理的高镍正极材料，搅拌1-120min；离心去除溶剂后，在20℃-80℃下抽真空加热干燥后的得到处理后的高镍正极材料。优选的，所述非水无活性氢有机溶剂包括：丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、二甲基亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种混合。优选的，所述酸及酸的衍生物具体为：所述碳链大于2且不超过10的一元脂肪酸、二元脂肪酸、硼酸、取代硼酸、酒石酸、杂多酸及其衍生物中的一种或多种。优选的，所述高镍正极材料具体为：高镍三元正极材料，化学式为Li1+y(NiaCobMn1-a-b-cBc)1-yO2，其中，－0.05≤y≤0.05，0.85≤a≤0.95，0.01≤b≤0.10，0≤c≤0.05，B为Zn2+，Mg2+，Al3+，Cr3+，Sc3+，Ga3+，La3+，Sm3+，Ti4+，Zr4+，Nb5+，W6+中的一种或多种。优选的，所述待处理的高镍正极材料采用分批逐步加入的方式加入。优选的，所述待处理的高镍正极材料与非水无活性氢有机溶剂的质量比为1:2-1:4。本专利技术实施例提供的降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱含量的方法。以非水无活性氢有机化合物为溶剂，以酸或酸的衍生物为活性组分溶解其中，简单混合搅拌后用于处理高镍材料来降低残碱量，副反应少，亦不会明显增加正极材料粉体的表面积，通过该方法处理锂离子电池高镍正极材料表面残碱，能够有效提高锂离子电池高镍正极材料的加工性能及循环寿命，本专利技术提供的方法处理工艺简单，适于大规模工业生产中应用。附图说明图1为本专利技术实施例提供的降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱含量的方法流程图。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。本专利技术实施例提供了一种降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱含量的方法，用于对三元正极材料，尤其是高镍三元正极材料进行表面残碱去除。其主要步骤流程如图1所示。以下结合图1进行说明。本专利技术实施例提供的降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱含量的方法主要按照如下步骤执行：步骤110，常温下，在1m/s-10m/s的搅拌速度下向一定量的非水无活性氢有机溶剂中加入一定量的酸或酸的衍生物，搅拌至溶解完全，得到降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱用洗涤液；其中，待处理的高镍正极材料与非水无活性氢有机溶剂的质量比为1:0.5-1:4，优选范围在1:2-1:4。洗涤液中酸或酸的衍生物的摩尔浓度为待处理的高镍正极材料表面残碱的摩尔量的0.5-1.5倍。具体的，在本专利技术中，高镍正极材料的残余碱主要是碳酸锂和氢氧化锂，有标准的电位滴定方法可以滴定出这两种杂质的含量。待处理的高镍正极材料的化学式为Li1+y(NiaCobMn1-a-b-cBc)1-yO2，其中，－0.05≤y≤0.05，0.85≤a≤0.95，0.01≤b≤0.10，0≤c≤0.05，B为Zn2+，Mg2+，Al3+，Cr3+，Sc3+，Ga3+，La3+，Sm3+，Ti4+，Zr4+，Nb5+，W6+中的一种或多种。本例中所选用的非水无活性氢有机溶剂包括但不限于：丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、二甲基亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种混合。本例中所选用的酸或酸的其衍生物，包括碳链大于2且不超过10的一元羧酸、二元羧酸、硼酸、取代硼酸、酒石酸、杂多酸等的任一种或多种，以及它们的衍生物。步骤120，在1m/s-10m/s线速度搅拌下，向洗涤液中加入待处理的高镍正极材料，搅拌1-120min；在具体实施过程中，待处理的高镍正极材料可以同时一次性加入洗涤液中，也可以采用分批逐步加入的方式加入洗涤液中。步骤130，离心去除溶剂后，在20℃-80℃下抽真空加热干燥后的得到处理后的高镍正极材料。本专利技术以非水无活性氢有机化合物为溶剂，以酸或酸的其衍生物为活性组分溶解其中，简单混合搅拌后用于处理高镍材料来降低残碱量，提高锂离子电池高镍正极材料的加工性能及循环寿命，处理工艺简单，适于大规模工业生产中应用。以下结合一些具体的实施例，对采用本专利技术的方法进行高镍正极材料表面残碱处理的具体过程和效果进行说明。实施例1本实施例中，进行高镍三元正极材料表面残碱处理过程为：向100g1,4-二氧六环(1,4-dioxane)中，按照待处理的高镍三元正极材料Li1.04(Ni0.85Co0.10Mn0.04Al0.01)0.96O2表面残锂摩尔量的0.5倍为摩尔浓度目标值加入1-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱含量的方法，其特征在于，所述方法包括：/n常温下，在1m/s-10m/s的搅拌速度下向一定量的非水无活性氢有机溶剂中加入一定量的酸或酸的衍生物，搅拌至溶解完全，得到降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱用洗涤液；其中，所述待处理的高镍正极材料与非水无活性氢有机溶剂的质量比为1:0.5-1:4；所述洗涤液中所述酸或酸衍生物的摩尔浓度为待处理的高镍正极材料表面残碱的摩尔量的0.5-1.5倍；/n在1m/s-10m/s线速度搅拌下，向所述洗涤液中加入待处理的高镍正极材料，搅拌1-120min；/n离心去除溶剂后，在20℃-80℃下抽真空加热干燥后的得到处理后的高镍正极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱含量的方法，其特征在于，所述方法包括：
常温下，在1m/s-10m/s的搅拌速度下向一定量的非水无活性氢有机溶剂中加入一定量的酸或酸的衍生物，搅拌至溶解完全，得到降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱用洗涤液；其中，所述待处理的高镍正极材料与非水无活性氢有机溶剂的质量比为1:0.5-1:4；所述洗涤液中所述酸或酸衍生物的摩尔浓度为待处理的高镍正极材料表面残碱的摩尔量的0.5-1.5倍；
在1m/s-10m/s线速度搅拌下，向所述洗涤液中加入待处理的高镍正极材料，搅拌1-120min；
离心去除溶剂后，在20℃-80℃下抽真空加热干燥后的得到处理后的高镍正极材料。


2.根据权利要求1所述的降低锂离子电池高镍正极材料表面残碱含量的方法，其特征在于，所述非水无活性氢有机溶剂包括：丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、二甲基亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种混合。


3.根据权利要求1所述的降低锂离子电池高镍正极材料表面残...

【专利技术属性】
技术研发人员：任瑜，许国干，吕焱，刘园园，
申请(专利权)人：天目湖先进储能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32