正极材料的处理方法及装置、锂离子电池制造方法及图纸

本申请提供正极材料的处理方法及装置、锂离子电池，其中，处理方法包括：在正极活性物质的表面包覆半导体材料；将包覆半导体材料后的正极活性物质置于含氧气氛下烧结，得到烧结产物；将所述烧结产物进行水洗，并在水洗过程中进行光催化处理，得到处理后的正极材料。本申请提供的正极材料的处理方法、锂离子电池，能够降低正极材料表面的残碱含量以及有害阴离子。子。子。

【技术实现步骤摘要】
正极材料的处理方法及装置、锂离子电池


[0001]本申请涉及正极材料
，具体地讲，涉及正极材料的处理方法及装置、锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂电池正极材料，尤其是高镍三元材料，在制备高镍三元材料过程中使用的锂源一般为LiOH和Li2CO3，由于高温煅烧时锂源的易挥发性，通常需要添加过量的锂源，这就导致材料表面残碱(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。同时，过多的残碱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。此外，在制备高镍三元材料过程中，使用的前驱体常常会将各种阴离子(Cl
‑
、NO3‑
、SO
42
‑
)引入到正极材料当中，当高镍三元材料制成电池后，一旦电解液内部进入少量的水分，就会在电池内部形成剧烈反应产生HF，若电解液中存在阴离子Cl
‑
、NO3‑
、SO
42
‑
，就会形成大量强酸，从而导致电池性能恶化，并且会对电池的金属外壳造成长期的腐蚀，影响使用寿命。因此，如何降低正极材料表面的残碱含量以及有害阴离子是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0003]鉴于此，本申请提供正极材料的处理方法及装置、锂离子电池，能够降低正极材料表面的残碱含量以及有害阴离子。
[0004]第一方面，本申请提供一种正极材料的处理方法，所述方法包括：
[0005]在正极活性物质的表面包覆半导体材料；
[0006]将包覆半导体材料后的正极活性物质置于含氧气氛下烧结，得到烧结产物；
[0007]将所述烧结产物进行水洗，并在水洗过程中进行光催化处理，得到处理后的正极材料。
[0008]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述半导体材料的禁带宽度介于0.2eV
‑
7.5eV之间，所述半导体材料包括二氧化钛、二氧化钛衍生物、钙钛矿、钙钛矿衍生物、硅基半导体、硅基半导体衍生物中的至少一种。
[0009]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，方法满足以下特征a至c的至少一种：
[0010]a.所述半导体材料为钙钛矿或钙钛矿衍生物，所述钙钛矿或所述钙钛矿衍生物的禁带宽度介于3.0eV
‑
6eV之间，所述光催化处理的时间为0.01h～6h；
[0011]b.所述半导体材料为二氧化钛或二氧化钛衍生物，所述二氧化钛或二氧化钛衍生物的禁带宽度介于3.0eV
‑
3.2eV之间，所述光催化处理的时间为1min～30min；
[0012]c.所述半导体材料为硅基半导体或硅基半导体衍生物，所述硅基半导体或硅基半导体衍生物的禁带宽度介于1.12eV
‑
1.3eV之间，所述光催化处理的时间为0.01h～6h。
[0013]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述方法满足以下特征a至f的至少一种：
[0014]a.所述正极活性物质的比表面积为0.1m2/g～5m2/g；
[0015]b.所述正极活性物质的平均粒径为1μm～25μm；
[0016]c.所述半导体材料的平均粒径为1nm～50nm；
[0017]d.形成于所述正极活性物质表面的半导体材料的厚度为5nm～100nm；
[0018]e.在包覆处理过程中，所述正极活性物质与所述半导体材料的质量比为1000：(5
‑
10)；
[0019]f.所述正极活性物质的化学式为Li
a
(Ni
x
Co
y
N
z
)1‑
b
M
b
O2，其中，0.9≤a≤1.05，x+y+z＝1，0.8≤x≤0.99，0≤y≤0.15，0≤z≤0.1，0≤b≤0.1；N为Al和/或Mn，M为金属元素。
[0020]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述金属元素M包括Mg、Sr、Ca、Ba、Ti、Zr、Mn、Y、Gd、W、Nb、La及Mo中的至少一种。
[0021]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，方法满足以下特征a至d的至少一种：
[0022]a.所述含氧气氛中的氧气含量≥20％；
[0023]b.所述烧结温度为600℃～850℃，烧结时间为6h～14h；
[0024]c.所述烧结的升温速率为2℃/min～10℃/min；
[0025]d.在所述正极活性物质的表面包覆半导体材料的方式包括机械混合法、固相反应法、水热法、溶胶凝胶法、共沉淀法、杂絮凝法、微乳液包覆法、非均匀形核法、化学镀法、磁控溅射法、超临界流体法、化学气相沉积法、高能量法、喷雾热分解法中的至少一种。
[0026]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述方法还包括：
[0027]将光催化处理后的水洗溶液进行过滤，将固体物质置于60℃～140℃下进行干燥，得到正极材料，所述正极材料的含水量为0.001％～0.006％。
[0028]第二方面，本申请提供一种正极材料的处理装置，所述处理装置包括：
[0029]壳体，所述壳体内设有收容部，所述收容部用于收容含正极材料的水溶液，其中，所述正极材料包括正极活性物质以及形成于所述正极活性物质的至少部分表面的半导体材料，所述半导体材料包括二氧化钛、二氧化钛衍生物、钙钛矿、钙钛矿衍生物、硅基半导体、硅基半导体衍生物中的至少一种；
[0030]搅拌组件，所述搅拌组件安装于所述收容部内，所述搅拌组件用于对所述正极材料的水溶液进行搅拌；
[0031]发光组件，所述发光组件设置于所述收容部内，所述发光组件用于发出不同波长的光，并利用光催化所述正极活性物质表面的半导体材料产生光伏特效应。
[0032]第三方面，本申请提供一种正极材料，所述正极材料包括根据上述第一方面所述的正极材料的处理方法制得的正极材料。
[0033]第四方面，本申请提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括根据第一方面所述的处理方法制得的正极材料。
[0034]本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：
[0035]本申请提供的正极材料的处理方法，当半导体材料受到特定波长的光辐照时，半导体材料产生光生伏特效应，使得半导体材料的光生电子和空穴在电场作用下分别迁移至半导体材料表面不同的位置，并且，光生电子e
‑
易被水中溶解氧等氧化物质所捕获，生成超氧自由基O2‑
；而空穴h
+
可以氧化吸附于半导体材料表面的物质，也可以把吸附在半导体材料表面的OH
‑
和H2O分子氧化成羟基自由基
‑
OH；其中，羟基自由基和超氧自由基的氧化能力
极强，能够使大部分离子的化学键断裂，也能够氧化部分阴离子，因而能氧化绝大部分污染物，将其氧化为无机小分子、CO2和H2O等物质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料的处理方法，其特征在于，所述方法包括：在正极活性物质的表面包覆半导体材料；将包覆半导体材料后的正极活性物质置于含氧气氛下烧结，得到烧结产物；将所述烧结产物进行水洗，并在水洗过程中进行光催化处理，得到处理后的正极材料。2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述半导体材料的禁带宽度介于0.2eV
‑
7.5eV之间，所述半导体材料包括二氧化钛、二氧化钛衍生物、钙钛矿、钙钛矿衍生物、硅基半导体、硅基半导体衍生物中的至少一种。3.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，其满足以下特征a至c的至少一种：a.所述半导体材料为钙钛矿或钙钛矿衍生物，所述钙钛矿或所述钙钛矿衍生物的禁带宽度介于3.0eV
‑
6eV之间，所述光催化处理的时间为0.01h～6h；b.所述半导体材料为二氧化钛或二氧化钛衍生物，所述二氧化钛或二氧化钛衍生物的禁带宽度介于3.0eV
‑
3.2eV之间，所述光催化处理的时间为1min～30min；c.所述半导体材料为硅基半导体或硅基半导体衍生物，所述硅基半导体或硅基半导体衍生物的禁带宽度介于1.12eV
‑
1.3eV之间，所述光催化处理的时间为0.01h～6h。4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，其满足以下特征a至f的至少一种：a.所述正极活性物质的比表面积为0.1m2/g～5m2/g；b.所述正极活性物质的平均粒径为1μm～25μm；c.所述半导体材料的平均粒径为1nm～50nm；d.形成于所述正极活性物质表面的半导体材料的厚度为5nm～100nm；e.在包覆处理过程中，所述正极活性物质与所述半导体材料的质量比为1000：(5
‑
10)；f.所述正极活性物质的化学式为Li
a
(Ni
x
Co
y
N
z
)1‑
b
M
b
O...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍臻尧，宋雄，任付金，吴小珍，杨顺毅，
申请(专利权)人：贝特瑞江苏新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：