[发明专利]一种包覆型正极材料及其制备系统和制备方法

说明书

本发明属于电池材料领域，涉及一种包覆型正极材料及其制备系统和制备方法。所述制备系统包括包覆反应器，所述包覆反应器的上部设置有进料口，底部设置有排出口，中部设置有加热带；进料装置，与包覆反应器进料口相连；收集装置，与包覆反应器排出口相连。利用本发明的系统解决了常规高温包覆方案用于正极材料表面存在的问题，本发明包覆后的正极材料，内阻大大降低，比容量和3C倍率性能显著提升。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，涉及一种包覆型正极材料及其制备系统、制备方法和在锂电池中的应用。

背景技术

高镍三元材料是一类重要的锂离子电池正极材料，具有比容量高、价格相对低的优点。目前工业上一般采用镍、钴、锰、铝等氢氧化物的共沉淀物在氧气气氛下高温烧结制得。所得产物表面残碱量高，易吸潮，使用过程中易引起胶凝，导致界面电阻大，导电性差，不耐电解液侵蚀，往往需要进行钝化处理。一般工业上对粉末电极材料的表面改性，是通过构造核壳结构，在表面包覆一层导电性碳或无机物或两者的复合层，以提高界面导电性，增强耐侵蚀性能。导电性碳一般用可以炭化的有机物例如糖类或其他高聚物在600℃以上的高温下隔绝空气烧结几个小时而得到。这种常规炭化方法简便，产品质量均一，适合大规模量产。

对于高镍三元材料而言，上述改性存在困难，原因有两个，一是该类材料活性高，二次高温处理易引发其结构变异，导致性能剧烈下降；二是该材料高温时只在氧气气氛下才是稳定的，而包覆碳等材料需要厌氧气氛。因此，针对高镍三元材料的表面改性尤其是碳包覆改性较为困难。

CN109888250A公开了一种常温碳包覆单晶镍钴锰三元正极材料的方法，以一定比例卤代胆碱基化合物、卤代羧酸、乙醇混合为碳源溶液，以单晶镍钴锰三元材料为基体，通过液相电沉积的方法在其表面包覆了一层碳膜，得到碳包覆正极材料。该方法避免了高温包覆碳层对晶型结构的破坏问题。

CN109742349A公开了一种以MOF为碳源的碳包覆高容量富锂锰基三元正极材料的方法，通过水热反应24h～72h隔绝氧气，在材料表面包覆了一层碳，在25mA/g电流大小下，首次放电容量为239mAh/g，经过100次充放电之后，容量保持为142mAh/g。

CN112002904A公开了一种表面具有导电功能区结构的电极材料。在电极基体材料表层至少包覆两个电子导电功能区或/和离子导电功能区。由于在电极材料表面的不同位置进行局部功能性修饰，所得节点作为引流点，不仅更有效提高电化学性能，还能大大降低包覆体在整体中的质量占比，降低非活性材料用量。

上述方法均表现出较好效果，但由于正极材料二次处理过程工艺要求较严格，大多需要在无氧条件下发生，通常需要克服材料导热性差的问题，材料颗粒之间相互影响，产品一致性低，而且不利于工业化生产。

CN106602021A公开了一种包覆性锂离子电池正极材料，以高镍型正极材料为基体物质，将基体物质与含包覆物的可溶性金属盐充分混合，过滤，干燥，煅烧，得到包覆型锂离子电池正极材料。该方法能有效降低高镍材料表面残碱量。但众所周知的是，高镍三元材料中锂离子和镍离子的离子半径接近，在晶格中容易易位，从而发生阳离子混排反应，阻塞锂离子迁移通道，降低材料性能。上述方法由于氧化物或锂离子导体的前驱体需要高温及长时间烧结才能得到目标包覆物，几乎不可避免地会引起基体的阳离子重排反应，而长时间炭化过程中碳的还原性对处于高价态的过渡金属也具有较强的腐蚀作用，另外，高镍材料往往由一次粒子通过烧结堆积成二次粒子而构成，包覆过程中的二次烧结会使一次粒子膨胀变形，从而破坏二次粒子的结构稳定性，继而影响材料的电化学性能。

因此，开发一种适于包覆型正极材料的制备装置和制备方法，进一步提高材料的电化学性能，具有十分重要的意义。

发明内容

针对常规高温固相反应制备包覆型正极材料带来的缺陷，本发明提供了一种包覆型正极材料及其制备系统和制备方法。利用本发明的系统解决了常规高温包覆方案用于正极材料表面包覆存在的问题，本发明包覆后的正极材料，内阻大大降低，比容量和3C倍率性能显著提升。