[发明专利]尖晶石型锰系正极材料表面钝化处理方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别是涉及一种尖晶石型锰系正极材料表面钝化处理方法。

背景技术

尖晶石型锰系正极材料由于低成本、无污染、循环性能好以及较高的能量密度已经成为目前工业生产中锂离子电池正极材料的研发热点，但是该类正极材料在高温循环过程中，材料中Ni、Mn离子的溶解会造成负极材料表面Ni、Mn金属的沉积以及正极粉末材料与导电物质的接触不良，引起电极极化，造成高温下锂离子电池容量的快速衰减，而表面改性技术为这一技术难题提供了有效的解决办法。现有的表面改性工艺主要为表面氟化处理和表面氧化物包覆技术。氟化处理工艺一般采用F₂、NF₃、ClF₃等有强腐蚀性和毒性气体进行表面处理，设备要求高，对环境和人体有害；表面氧化物包覆一般采用Al₂O₃、ZnO、ZrO₂等惰性氧化物对正极材料进行包覆，虽然能够有效抑制Mn在电解液中的溶解，但是包覆层厚度及均匀性很难控制，而且由于表层氧化物低的离子电导率，降低了材料的高温循环稳定性能。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种具有高温循环稳定性能好，并且对设备要求低、对人体无毒无害的尖晶石型锰系正极材料表面钝化处理方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采用的技术方案是：

尖晶石型锰系正极材料表面钝化处理方法，其特点是：包括以下步骤：

步骤⑴尖晶石型锰系正极材料粉末浸泡在中强酸溶液中，搅拌1-15h后，抽滤出酸处理后的尖晶石型锰系正极材料；

步骤⑵将步骤⑴中酸处理后的尖晶石型锰系正极材料在水中反复清洗至水的PH值在7-8之间，滤出尖晶石型锰系正极材料，在80-140℃、惰性气氛的干燥箱中干燥1-6h；

步骤⑶将步骤⑵中干燥后的材料在空气气氛、300-400℃温度下进行2-5h热处理，随炉冷却到室温后，即制成本发明经过表面钝化处理的尖晶石型锰系正极材料。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述步骤⑴中尖晶石型锰系正极材料为尖晶石型LiMn₂O₄、尖晶石型LiNi_0.5Mn_1.5O₄或经过元素掺杂改性后的尖晶石型锰系正极材料。

所述经过元素掺杂改性后的尖晶石型锰系正极材料包括LiNi_0.45Mn_1.45Cr_0.1O₄正极材料。

所述步骤⑴中的中强酸溶液为质量分数10%以上的HF溶液、质量分数60%以上的H₃PO₄(PA)溶液、质量分数60%以上的HCl溶液之一种，或者上述一种以上中强酸溶液的混合溶液。

所述步骤⑴中尖晶石型锰系正极材料粉末与中强酸溶液的配比为0.5-2Kg：1000ml。

所述步骤⑵中惰性气氛为Ar气。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明采用中强酸溶液对尖晶石型锰系正极材料粉末浸泡，去除了正极材料表面易溶的Ni、Mn等离子；通过热处理，材料表面生成一层均匀的钝化层，有效防止了电解液对正极材料的侵蚀，抑制了高温循环过程中正极材料内Ni、Mn离子的溶解，提高了尖晶石锰系正极材料的高温循环性能，并且对设备要求低、对人体无毒无害，工作环境友好。

附图说明

图1为本发明正极材料处理与未处理的充放电循环曲线比较图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

实施例1：

⑴称取2kg尖晶石型LiNi_0.45Mn_1.45Cr_0.1O₄正极材料粉末置于容器中；

⑵室温下将质量分数为15%的HF溶液1000ml加入到容器中，使LiNi_0.45Mn_1.45Cr_0.1O₄材料粉末浸泡在HF溶液中，不断搅拌2h进行酸处理，去除材料表层易溶的Ni、Mn等离子，抽滤出酸处理后的LiNi_0.45Mn_1.45Cr_0.1O₄材料；