[发明专利]一种表面贫锂、贫钠或贫钾的正极材料及其等离子体增强烧结方法与应用

说明书

本申请公开了一种表面贫锂、贫钠或贫钾的正极材料及其等离子体增强烧结方法与应用，属于电化学储能领域；先将原料放于等离子体设备中，通入所需的气体，利用真空泵将空气排除，调节等离子体设备的工作频率及高温烧结装置的温度和烧结时间，最终得到表面贫锂、贫钠或贫钾的电极材料。不仅降低了烧结反应所需温度，还缩短了反应时间，极大地降低了制备成本，节约资源，具有优良的工业化前景。制备出的材料具有表面贫锂、贫钠或贫钾的特征，不易吸潮，便于电极的制备。且材料形貌保持较好，无杂相产生，具有良好的电化学储能性能。解决了层状氧化物正极材料表面富锂/钠/钾导致的吸潮和电极制备困难等技术难题，为电极材料的制备提供了新的思路。

技术领域

本发明属于电化学电池技术领域，具体涉及一种表面贫锂、贫钠或贫钾的正极材料及其等离子体增强烧结方法与应用。

背景技术

随着工业化的发展，传统的化石能源已经给自然环境造成了不可逆的破坏。为了实现环境和科技的可持续发展，人类对于清洁能源的需求与日俱增。清洁能源的大规模利用离不开高性能储能系统的支撑，而储能系统的性能很大程度上取决于正极材料的性能。所以，随着储能设备和锂/钠/钾离子电池的发展，市场对于正极材料提出了更高的要求。

材料的电化学性能很大程度上取决于制备方式，目前存在的电池正极材料的主要制备方式有固相法，沉淀法和凝胶法，其中固相法均会经过高温烧结的步骤，但是目前存在的高温烧结主要借助马弗炉或管式炉直接在反应气氛下进行高温烧结，反应温度较高且反应时间较长，同时所需反应气氛的流量很大，极大地消耗能源。制备过程中由于反应温度较高，极易破坏材料的形貌。同时制备的材料杂相较多，且由于材料表面具有大量的锂/钠/钾离子，材料极易吸潮，不利于后续电极的制作。

发明内容

解决的技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本申请提出一种表面贫锂、贫钠或贫钾的正极材料及其等离子体增强烧结方法与应用，以解决现有技术中反应温度较高且反应时间较长，同时所需反应气氛的流量很大，极大地消耗能源，制备过程中由于反应温度较高，极易破坏材料的形貌，同时制备的材料杂相较多，且由于材料表面具有大量的锂/钠/钾离子，材料极易吸潮，不利于后续电极的制作等技术问题。

技术方案：

一种表面贫锂、贫钠或贫钾的正极材料的等离子体增强烧结方法，步骤如下：

第一步：按摩尔比称取过渡金属氧化物或过渡金属盐0.01mol、锂/钠/钾金属化合物0.004～0.015mol，将过渡金属氧化物或过渡金属盐与锂/钠/钾金属化合物加入10-100ml水中在200-800r/min转速下混合30-1440min制得基础材料，冷冻干燥后收集混合产物粉末；

第二步：将收集混合产物粉末放置在等离子体设备中，而后通入所需的反应气体，将设备内的空气排尽，保证反应空间内全部为所需的反应气体，同时调节气体流量；

第三步：调节等离子体设备射频电源的工作频率和功率，高温烧结装置的升温速度，升温时间和高温反应时间，最终得到表面贫锂、贫钠或贫钾的正极材料。

作为本申请的一种优选技术方案：所述第一步中过渡金属氧化物或过渡金属盐为市售直接购得。

作为本申请的一种优选技术方案：所述过渡金属氧化物的制备方法为：量取100ml乙二醇和去离子水的混合溶液，所述乙二醇与去离子水体积比为1：5-5：1，分别称取0.01mol过渡金属的化合物，以300-600r/min的旋转速度进行搅拌，而后在120-200℃烘箱中反应6-8h，反应完成后提取沉淀，清洗和烘干；将所得产物在空气中600-800℃烧结12h，得到过渡金属氧化物。

作为本申请的一种优选技术方案：所述过渡金属的金属元素包括但不限于镍、钴、锰、铝、铜。