[发明专利]一种液相沉淀法去除锂离子电池富镍材料表面锂残渣的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料的制备方法，特别涉及一种液相沉淀法去除锂离子电池富镍材料表面锂残渣的方法。属于锂离子材料制备技术领域。

背景技术

随着能源危机、环境污染及资源短缺等问题日益突出，促使人们高度重视使用高效、洁净、可再生能源及其相关技术的发展，使用廉价材料制作大容量、大功率、低成本、高效能、无污染锂离子电池的技术正逐步走向成熟，从而成为全球新能源及材料制造业竞争的热点，市场需求巨大。锂离子电池具有高能量密度，工作电压高、循环寿命长，安全性能好、无记忆效应等优点，对于解决能源短缺和减少环境污染具有重要意义。正极材料是决定其锂离子电池电化学性能、安全性能以及价格成本的关键因素。

富镍材料LiNi_xM_1-xO₂(x≥0.8，M为Co,Mn，Al等中的一种或几种)为α-NaFeO₂层状结构，属空间群，其实际可逆容量达200mAh·g^-1或更高，特别适合作为电动车(EV)或混合电动车(HEV)的高能量电池正极材料。但由于镍含量较高，LiNi_xM_1-xO₂(x≥0.8)材料在高电位下Ni⁴⁺易与电解液反应导致循环性能较差，以及材料表面大量的锂残渣导致储存性能差以及用于实际电池中的胀气等问题严重影响了材料的商业化。研究者广泛采用惰性氧化物如Al₂O₃、ZrO₂等包覆以提高材料的循环性能，而材料的储存性能被严重忽视。目前，对于其储存性能差的普遍解释是富镍材料烧结过程中锂镍混排导致表面大量锂残渣Li₂O/LiOH的存在，在电池加工过程中，材料暴露于空气会吸收大量H₂O/CO₂形成LiOH/Li₂CO₃并带入大量水份进入电池，影响材料加工性能的同时将严重恶化电池材料的电化学性能，特别材料的胀气问题。其具体过程为：

LiPF₆→LiF+PF₅  (1)

PF₅+H₂O→POF₃+2HF  (2)

Li⁺+HF→LiF(s)+H⁺  (3)

H-F-PF₅→HF+PF₅  (5)

在室温下，反应(1)很慢，但是当材料表面吸附有水时，反应(2)会右移，加速LiPF₆的分解产生HF。同时，表面锂残渣的存在会与HF发生反应(3)，产生H₂O或H⁺，H⁺的存在又反过来促进反应(4)和(5)的发生，产生更多的HF，HF与材料表面杂质Li₂CO₃反应产生CO₂产生气胀与安全问题。

在不损失材料比容量的前提下包覆惰性氧化物能有效阻止正极材料与电解液反应，提高正极材料的结构稳定性。但是这类包覆物质离子扩散系数低，阻碍锂离子传输，影响材料的倍率性能，同时表面锂残渣还存在材料表面，对材料储存性能与安全性能的改善有限。

迄今为此，未见关于液相沉淀法去除锂离子富镍材料表面锂残渣以提高材料综合性能的方法的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种液相沉淀法去除锂离子电池富镍材料表面锂残渣的方法，在不影响材料倍率性能的前提下，提高材料在空气中的储存性能、电解液储存性能以及材料循环稳定性。

本发明一种液相沉淀法去除锂离子电池富镍材料表面锂残渣的方法，包括下述步骤：

第一步：锂盐沉淀剂的配制

根据富镍材料表面锂残渣含量，计算完全沉淀所述锂残渣需要的磷酸根离子的理论用量，按所述磷酸根离子的理论用量的60-150%折算为磷酸盐或磷酸的用量，取相应的磷酸盐或磷酸，配制锂盐沉淀剂溶液；

第二步：沉淀去除富镍材料表面锂残渣

将富镍材料浸泡在第一步所得锂盐沉淀剂溶液中，搅拌10-60分钟使其分散均匀后将富镍材料干燥；；

第三步：煅烧