一种锂离子电池正极活性材料的改性方法技术

本发明专利技术涉及对锂离子电池的正极活性材料进行改性的方法，步骤包括：将含有金属元素的盐类化合物的水解液与正极活性材料搅拌混合并用调节混合物的ｐＨ值在２～１０之间，混合时间为１小时以上；然后用离心机械中离心去除溶液，将正极活性材料用水溶性液体冲洗，直到冲洗液的ｐＨ在１～７之间；将冲洗后的正极活性材料在保护气体的保护下烘干、烧结；离心处理可以将多余的溶液和金属离子的水解物去除，避免金属氧化物局部堆积在活性材料表面，使其在活性材料表面的重新均匀分布，然后用亲水物质冲洗活性材料，避免其它物质残留在活性材料表面，进一步避免了锂离子电池的副反应，提高了锂离子电池的整体性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池，具体就是对锂离子电池的正极活性材料进行改性的方法。
技术介绍
锂离子电池由正极片、负极片、间隔于正负极片之间的隔离膜、以及电解液组成。 正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成，依靠两极间锂离子浓度差实现电子传导而 对外放电。锂离子电池由于工作电压高(3. 6V，是镉-镍、氢-镍电池的三倍)、体积小(比 氢_镍电池小30% )、质量轻(比氢-镍电池轻50% )、比能量高(140Wh/kg，是镉-镍电 池的2 3倍，氢-镍电池的1 2倍)、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，是21 世纪清洁能源的研究热点和发展趋势。锂离子电池正极包括正极集流体和正极活性材料，目前市场上有五种较为常见的 正极活性材料磷酸铁锂(LiFePO4O2)、钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMn2O4) 和锂镍钴锰三元材料(LiNixCoyMni_x_y02(0彡χ < 1，0彡y < 1))，但上述由传统工艺生产的 正极活性材料由于容易与电解液发生副反应，以及活性材料自身的氧化和高温容易产生相 变，这就造成锂离子存在充电电压低、高低温循环性能差以及安全性能差等问题。基于此，研究如何改进正极活性材料的性能从而提高锂离子电池的整体性能成为 了锂电池领域的研究热点。Cho. J.和Kim. Y. J等人于2001年就揭示通过在正极活性材 料表面包覆纳米层级的金属氧化物可以提其结构稳定型，进而提高锂离子电池的能量密度 和安全性能等。现有技术亦公开了通过液相沉淀法在正极活性材料表面包覆金属氧化物的 工艺方法，其主要步骤就是先将含金属的盐类化合物水解，然后将正极活性材料与水解液 搅拌混合，使水解物质包裹到活性材料表面，然后将活性材料从溶液中过滤出来，继而进行 烘干、烧结使金属的水解物失水转变为金属氧化物，也就使金属氧化物附着在正极活性材 料的表面。然而，采用这样的方法制备正极活性材料，由于加工过程中搅拌混合的流场不均 一、不平稳、混合时间控制难以掌握，混合后未清洗或清洗不足或者清洗过度，都导致每个 正极活性材料颗粒局部环境不一致，因此存在包覆膜厚度、包覆膜分布不均勻等问题，大大 制约了锂离子电池性能的提升空间。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供，利用这样的 方法可以使金属氧化物在正极活性材料表面包覆得更均勻，显著提高锂离子电池的整体性 能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是一种锂离子电池正极活性 材料的改性方法，步骤包括a、将含有金属元素的盐类化合物的水解液与正极活性材料充分搅拌混合并用碱 性物质调节混合物的PH值在2 10之间；b、将混合物离心分离去除溶液，然后将正极活性材料用水溶性液体冲洗，直到冲 洗液的pH在1 7之间；C、将冲洗后的正极活性材料在保护气体的保护下烘干、烧结。由上述技术方案可知本专利技术的方法中提供了利于盐类化合物中的金属离子水解 的碱性环境，便于金属离子充分水解并附着在正极活性材料表面，然后将混合物离心处理， 离心处理可以将多余的溶液和金属离子的水解物去除，避免金属离子的水解物局部堆积在 活性材料表面，并且可以利用金属离子的水解物质本身的表面分子间的力实现其在活性材 料表面的重新均勻分布，然后用亲水物质冲洗活性材料，继而烘干、烧结使金属离子的水解 物脱水变成金属氧化物，这样的金属氧化物自然也就在活性材料表面包覆呈更紧密而均勻 的膜，金属氧化物在活性材料表面形成的保护膜或称钝化膜，可以有效避免正极活性材料 被氧化或者在高温环境产生相变或者发生副反应，水解液被冲洗后就避免了其它物质残留 在活性材料表面，进一步避免了锂离子电池的副反应，提高了锂离子电池的整体性能。附图说明图1中A、B、C、D均为正极活性材料LiCoO2包覆&0n的SEM图，其中A、B为放大 3000倍的成像，C、D为放大10000倍的成像；A、C为未采用离心处理制成的样品，B、D为经 过离心工序处理所制备的样品；图2中A、B、C、D为正极活性材料LiCoO2包覆&0n前后，在以金属锂为负极的半 电池中，在3. 0 4. 35V范围内，IC下的放电容量保持率与循环次数曲线图。A为包覆过程 中经过离心、冲洗后的样品的曲线；B是包覆过程中经过冲洗、未经离心的样品的曲线；C为 包覆过程中经过离心、未经冲洗的样品的曲线；D为未包覆&0n的样品的测试曲线；图3中A、B、C和D均为正极活性材料LiNi1Z3Ccv3Mnv3O2包覆AlOn后的SEM图，放 大倍数均为10000倍。其中A为离心后未冲洗制得的样品图像，B为烧结时未使用保护气 体保护得到的样品图像，C为离心后经过单次冲洗但未冲洗到规定pH值条件下制得的样品 图像，而D为按照本专利方法制得的样品以图像；图4中a、b、c、d为正极活性材料LiNi1/3COl/3Mni/302包覆AlOn前后，在以人造石墨 为负极的半电池中，25°C和60°C环境下以1C、3C和5C的放电倍率下的放电电压-电池容量 曲线图；各图中的虚线为未包覆金属氧化物的样品的曲线，实线为包覆AlOn过后的样品的 曲线。具体实施例方式，步骤包括a、将含有金属元素的盐类化合物的水解液与正极活性材料充分搅拌混合并用碱 性物质调节混合物的PH值在2 10之间，所述的金属元素选自Al、Ce、Ga、Ge、La、Mg、Mn、 Ni、Si、Sn、Ti、W、Zn中的一种或多种，常用的金属元素是Al，也就是用铝盐水解后与正极活 性材料混合；尤其是正极活性材料为LiCoO2，所选用的金属元素为两种时改性后的正极活 性材料性能尤其突出；所用的碱性物质可以是氨水、碳酸氢钠、碳酸氢氨、碳酸氢钠溶液、碳 酸氢氨溶液中的一种或多种混合而成的；碱性物质的加入量以混合物、也就是体系的PH值 在2 10之间，更具试验pH值最好是在6. 5 7之间；混合水解液和活最好在1 5小时之间，因为混合效果与混合时间并非正比例增加，所以混合时间没有必要 太长。b、将混合物置于离心机械中离心分离去除溶液，离心机械的结构本身没有特殊要 求，但最好机械的滤布的孔径在200目 30000目之间，保证过滤效果；离心机械的滤布桶 的直径可以在200 1750mm之间，便于操作；离心机转速在600 1200rpm之间，避免转速 太高破坏活性材料；滤布孔径最好在10000 15000目之间，以达到最佳的过滤效果。离心 操作在25 65°C的温度条件下进行，该温度稍高于室温，这样既避免温度过高破坏材料中 的化学机构，同时又使体系中的液体粘度降低，利于离心分离；至于离心时间可以根据现有 技术的经验掌握，一般在数小时，最好是0. 5 3小时，避免未完全离心或过度离心；然后将正极活性材料用水溶性液体冲洗，水溶性液体可以是水、或能与水混溶的 有机物、或水和能与水混溶的有机物的混合物，冲洗的终点就是冲洗液的PH在1 7之间， 最好是冲洗到冲洗液的PH在5左右；当然可以利用离心设备，在离心去除溶液后直接加水 溶性液体冲洗，冲洗液继续被离心甩干，这样离心和冲洗的效果更好。C、将冲洗后的正极活性材料在保护气体的保护下烘干、烧结，保护气体可以是氮 气、氢气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气中的一种或多种；烘干时间为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极活性材料的改性方法，步骤包括：ａ、将含有金属元素的盐类化合物的水解液与正极活性材料充分搅拌混合并用碱性物质调节混合物的ｐＨ值在２～１０之间；ｂ、将混合物离心分离去除溶液，然后将正极活性材料用水溶性液体冲洗，直到冲洗液的ｐＨ在１～７之间；ｃ、将冲洗后的正极活性材料在保护气体的保护下烘干、烧结。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白洁明，
申请(专利权)人：白洁明，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]