[发明专利]一种快离子导体包覆锂离子电池正极材料的系统及方法

说明书

本发明涉及一种快离子导体包覆锂离子电池正极材料的系统及方法，所述系统主要包括料仓、螺旋进料器、进料阀、流化床反应器、出料阀、产品冷却器、产品收集器、燃烧器、一号反应载气预热器、金属反应原料发生器、反应原料喷嘴、二号反应载气预热器、锂反应原料发生器、流化载气预热器、一级旋风分离器、二级旋风分离器、布袋收尘器和盐酸尾气吸收器按照既定组合形成；所述方法是基于所述系统的快离子导体包覆改性方法，通过流态化化学气相沉积得到快离子导体包覆正极复合粉体。本发明具有包覆效率高、工艺简单可控、成本低等优点，适合锂离子电池快离子导体包覆改性正极材料的规模化工业生产，具有良好的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料、化工领域，具体涉及一种快离子导体包覆锂离子电池正极材料的系统及方法。

背景技术

近年来，随着新能源汽车的快速发展，人们对锂离子动力电池的性能提出了更高的要求。电极材料作为锂离子电池的核心组成部分，决定着锂离子电池的性能。相对发展成熟稳定的商业石墨负极，针对于高容量、长寿命、低成本和安全环保的正极材料研发显得尤为迫切。目前商用的锂离子电池正极材料，主要有层状结构的钴酸锂、三元材料、尖晶石结构的锰酸锂以及橄榄石结构的磷酸铁锂。其中三元材料具有较高的比容量、能量密度和功率密度。然而三元材料的电化学性能、热稳定性和结构稳定性仍需进一步提高，尤其是在高温以及高电位测试(高于4.2V)环境下。随着镍含量的提高，这些问题显得尤为突出，严重限制了材料的发展和应用。

快离子导体包覆是一种非常有效可行解决该问题的办法。快离子导体，包覆在正极材料表面，作为保护层隔绝电解液与正极材料的直接接触，减少相关副反应，如减少过渡金属的析出，形成更薄的SEI膜、降低氧原子的析出等，从而提高材料的电化学稳定性。快离子导体兼具高离子电导率和优异热稳定性，可以显著提高材料导电性，降低内阻，实现锂离子电池的快速充放电和高温循环性能。因此，快离子导体包覆改性对锂离子电池正极材料的性能改善意义重大。

目前，锂离子电池正极材料表面快离子导体包覆技术的研究尚无大量报道。现有文献和专利中，主要是液相混合结合烧结的方法。青岛乾运高科新材料股份有限公司的专利CN104332618A公开了液相包覆法制备硼锂复合氧化物包覆三元镍钴锰酸锂正极材料的方法，具体的制备方法是在锂源和硼源的混合醇溶液中，加入三元镍钴锰酸锂材料，超声使之均匀分散，再加入分散剂，使材料充分浸润，蒸发溶剂后热处理得到表面包覆的材料，热处理是在900℃下恒温25个小时，再随炉冷却。专利CN104362330A和CN103236521A也公开了类似的专利。这些专利中采用液相混合结合烧结工艺带来的材料过滤、洗涤和烧结过程工艺复杂，处理时间冗长，会造成生产效率降低和成本的升高。同时存在快离子导体包覆分布不均匀的问题，也影响快离子导体包覆对电化学性能的改善效果，性能提升效果仍有待改善。

流化床化学气相沉积技术结合了化学气相沉积和流态化技术，是一种新型的材料制备技术，可实现高效低成本包覆改性和连续生产。在流化床中，颗粒在气流作用下处于流态化，气体反应物通过载带的形式进入流化床，在高温区发生化学反应，形成超细粉末或者沉积在颗粒表面。该技术最初的应用是核燃料领域，主要用来制备应用于高温气冷堆中的包覆燃料颗粒(CN204865735U、CN105139897A、CN103357869B和CN102231291A等)，后续逐渐扩展到碳纳米管制备、多晶硅制备、催化载体及粉体改性等领域。

快离子导体包覆的效果直接影响正极材料的电化学性能，总结现有正极材料快离子导体包覆技术，液相混合结合烧结的工艺无法实现高效可控的快离子导体包覆连续生产。因此，本领域亟需一种高效经济、适合规模化生产的快离子导体包覆技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精准包覆、经济性好、操作简单、适用于连续规模生产快离子导体包覆正极材料的系统及方法，基于流化床化学气相沉积技术。

为达到此目的，本发明的具体技术方案如下：