[发明专利]一种高容量层状氧化物正极材料表面功能复合处理方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料制备的技术领域，特别涉及一种高容量层状氧化物进行表面功能复合的处理方法。

背景技术

锂离子动力电池的需求爆发式增长，预测到2018年将会占据锂离子电池总量的57%以上。电动汽车的高续航里程对锂离子动力电池的能量密度提出了更高的要求，例如续航里程400公里要求锂离子单体电池的能量密度高于350Wh/Kg。目前，高能量密度锂离子动力电池的需求推动了高容量、高电压正极材料的快速发展和应用。

作为最新一代的正极材料，镍、锰、钴多元层状氧化物正极材料例如111、532、622、811等体系以及富锂层状氧化物具有制造成本低、充放电比容量高、充放电电压高和能量密度高的优势，在锂离子动力电池方面也表现出巨大的发展潜力，是当今锂离子电池正极材料领域的研发和应用的热点。这些高容量层状氧化物的推广应用需要提高材料表面/界面的稳定性，改善其倍率性能和循环寿命。现阶段，在提升材料电化学性能方面表面包覆等方法取得了显著的成效。在众多对高容量层状氧化物正极材料的包覆改性研究中，包覆物通常采用金属氧化物(Al₂O₃、TiO₂、SiO₂等)、氟化物(AlF₃)、磷酸盐(AlPO₄、Li-Mn-PO₄、CoPO₄等)、等，这些包覆物质可抑制颗粒表面与电解液及其衍生物发生副反应。或者直接采用Li₃BO₃、Li₃PO₄、Li₂TiO₃等具有高锂离子电导率的物质进行改性研究。而且，表面包覆状态趋于致密化、均一化，包覆的方法也不断改进，为材料改性设计提供了更为广阔的思路。

值得关注的是，高容量层状氧化物尤其高镍材料存在碱性杂质含量高、循环寿命短、安全性差等技术难题还需要攻克。碱性杂质主要包括材料表面残余的Li₂CO₃和LiOH等，从而导致了材料易吸水果冻化、造成制浆和涂布困难的问题；加速了电极结构破坏。

发明内容

本发明目的是采用酸性BPO₄与高容量层状氧化物表面复合，材料表面的杂质得到去除、碱含量降低，并与层状氧化物表面残余的Li₂CO₃和LiOH生成了xLi₂O·BPO₄快离子导体层，有效隔离电解质侵蚀、提高层状氧化物正极材料表面稳定性、抑制材料随循环表面相转变发生，同时快离子导体层还为锂离子的迁移提供了通道，实现了层状氧化物表面的功能复合，显著提高了其作为锂离子电池正极材料的电化学性能和安全性。

一种高容量层状氧化物正极材料表面功能复合处理方法，其特征在于：BPO₄对层状氧化物进行表面复合，高容量层状氧化物的通式为Li_1+x(Ni_yMn_zCo_1-y-z)_1-xO₂，其中0≤x≤0.5、0≤y≤1、0≤z≤1和0≤y+z≤1，方法步骤为：

（1）将H₃BO₄和NH₄H₂PO₄按照摩尔比为1:1的比例，溶解于85ºC去离子水中搅拌配成溶液；

（2）将高容量层状氧化物颗粒分散于步骤（1）制备的的溶液中，保持溶液85ºC下搅拌3h，其中，以H₃BO₄和NH₄H₂PO₄与生成物BPO₄的摩尔比为1: 1: 1的比例进行计算， 控制BPO₄的重量占高容量层状氧化物的1-6%；

（3）步骤（2）制备的的混合溶液继续搅拌，直至溶剂挥发、溶液浓缩到搅拌不动为止，得到混合粉末；

（4）步骤（3）制备的混合粉末80℃真空干燥8h，再置于马弗炉中在500℃下保温6h，随炉降温，粉末取出研磨，即完成高容量层状氧化物正极材料表面功能复合处理。