[发明专利]一种包覆含磷化合物的正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种包覆含磷化合物的正极材料及其制备方法，涉及锂电池的正极材料。其中，该制备方法为通过原子层沉积法在正极材料表面包覆含磷化合物层；其中，含磷化合物层中的含磷化合物为氧化磷、氮化磷、氮氧化磷中的一种或多种。原子层沉积可准确控制包覆厚度，形成均匀的保护层。沉积的含磷化合物与正极材料表面残余锂反应后生成快离子导体物质，从而降低正极材料表面残余锂，且含磷快离子导体可降低了界面阻抗，提高材料性能。

技术领域

本发明涉及锂电池的正极材料领域，且特别涉及一种包覆含磷化合物的正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池在手机、笔记本电脑、电动工具、电动车等领域中应用极为广泛。且随着科技的发展，人们对锂离子电池的能量密度，循环性能、安全性能提出更高的要求。锂离子电池的正极材料一定程度上直接决定着锂离子电池的能量密度、循环性能等。其中，层状结构的镍钴锰酸锂三元材料，与钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等相比，有着较高的比容量、循环性能好、热稳定性强、结构稳定等优点。但是该正极材料表面存在大量残余锂，容易吸水，匀浆过程中容易形成果冻状，在锂离子电池的充放电中伴有容量衰减、产气、放热等缺点。研究表明，由于锂离子电池正极材料表面相转变、Li/Ni混排以及电解质分解产生HF，HF进一步腐蚀正极材料，都将影响锂离子电池的循环稳定性。

目前，人们普遍采用表面包覆改性方法来缓解正极材料的降解过程。传统的包覆方法主要是湿法包覆和高温固相合成。中国专利CN110010879A 公开了一种具有均匀包覆层的高镍正极材料及其制备方法，其在正极材料中加入含有一定量的磷酸的乙醇溶液，搅拌后得到混合液，再抽滤，干燥，最后在500℃烧结10h。目的是使磷酸与残余锂反应生成磷酸锂，降低正极材料表面的残余锂。但是这种做法实际生产中涉及固液分离，能耗大，另外正极材料的表面残余锂的分布不均会导致反应产生的磷酸锂分布不均，不能形成均匀的包覆膜。

另外，中国专利CN104781960A提出在正极材料一次烧结后，混入一定含量的固体硼酸再进行高温固相合成，来降低正极材料表面的残余锂。但是，首先这种干法包覆混合不均匀。其次，干法包覆量不易控制，且加入量太大，包覆过厚会导致正极材料中引入大量非活性物质，会进一步降低正极材料的容量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种包覆含磷化合物的正极材料的制备方法，此方法具有耗能低，使用物料价格低廉，形成包覆层均匀等特点。

本发明的另一目的在于提供一种包覆含磷化合物的正极材料，其界面阻抗小、循环性能好。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提供了一种包覆含磷化合物的正极材料的制备方法，通过原子层沉积法在正极材料表面包覆含磷化合物层；其中，所述含磷化合物层中的含磷化合物为氧化磷、氮化磷、氮氧化磷中的一种或多种。

进一步地，所述含磷化合物层的厚度为0.1～1000nm。

进一步地，通过原子层沉积法在正极材料表面包覆含磷化合物层的步骤包括：

S1，将所述正极材料置于原子层沉积设备的反应腔中，加热反应腔温度至25～450℃并保持0～5.0h；

S2，向所述反应腔中通入前驱体A，设置所述反应腔的压力为 0.1～100torr，反应时间为1～3000s；

S3，向所述反应腔中通入清扫气体，用于移去多余所述前驱体A及副产物；

S4，向所述反应腔中通入通入前驱体B，反应时间为1～3000s；

S5，向所述反应腔中通入所述清扫气体，用于移去多余所述前驱体B 及副产物；

S6，重复步骤S2～S5，直至包覆的所述含磷化合物层的厚度达到 0.1～1000nm，获得所述包覆含磷化合物的正极材料。