[发明专利]一种蒸镀氟化铝提高三元锂电池正极材料耐温性的方法

说明书

本发明公开了一种蒸镀氟化铝提高三元锂电池正极材料耐温性的方法。采用流化床作为蒸镀设备，使氟化铝升华，在升华氟化铝氛围中，纳米级镍钴锰酸锂三元材料以悬浮状态与氟化铝接触蒸镀，冷却后在纳米级镍钴锰酸锂三元材料微细颗粒表面均匀裹覆一层超薄氟化铝保护膜，通过裹覆氟化铝，使镍钴锰酸锂的耐高温性能提高至300℃，且导电性提高。本发明采用纯物理包覆的手段克服了现有技术中采用氟化铝进行化学包覆获得的包覆层不均匀，进而影响电池效率，并且效果处理周期长、成本高、有污染等技术缺陷，提供了一种包覆效果好，制备方法工艺简单，能够进行大规模工业化生产模式。

技术领域

本发明涉及电池材料领域，具体涉及一种蒸镀氟化铝提高三元锂电池正极材料耐温性的方法。

背景技术

经过长期快速发展，锂离子电池已取得了一系列长足进步，被认为是电动汽车最有潜力的能量来源之一。层状结构的三元材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂由于放电容量高、安全性能好、结构稳定性好、成本低等优点，被认为是作为电动汽车能量来源的锂离子电池正极材料的最佳选择之一。三元锂材料会在200℃左右发生分解，并且三元锂材料的化学反应更加剧烈，释放氧分子，在高温作用下导致电解液迅速燃烧。由于安全性及使用寿命问题，大容量高电压三元锂动力电池组非常危险，成为阻碍时用的最大瓶颈。尽管目前通过过充保护、过流保护防止三元材料温度升高，但始终材料的耐高温性没有得到较好的解决。为了改善镍钴锰三元材料的安全性，目前业界常用的手段包括杂原子体相掺杂、优化生产工艺以及表面修饰的手段来改善其电化学性能及提高三元锂动力电池的安全性。

针对表面修饰的改性措施，申请号为201410250912.4采用碳包覆镍钴锰酸锂，包覆后提高了正极材料的倍率性能和循环稳定性，但是碳包覆存在。申请号为201310312317.4采用氟磷酸钙对镍钴锰酸锂进行包覆，材料的循环稳定性得到了改善。采用氟化铝作为包覆物相比氧化物和磷酸盐更能形成稳定的保护膜，同时在循环过程中氟化铝能够稳定活性物质和电解液之间的界面，提高正极材料的循环性能和热稳定性，而且可使锂离子以更快的速率嵌入脱出。

申请号为201610303771.7公开了一种氟化铝包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，先将镍钴锰酸锂正极材料加入到配置好的铝盐化合物溶液中匀速搅拌，将氟源化合物溶液滴加到上述混合溶液中，滴加完后蒸发溶液至蒸干状态，陈化后烘干，得到固体粉末放入管式炉在氮气气氛下焙烧，制得氟化铝包覆的镍钴锰酸锂。申请号为201510421209.X公开了一种AlF₃包覆多孔球形锂离子电池材料前驱体的制备方法，将镍、钴和锰的可溶性盐加入有机溶剂中，喷雾造粒，加入氟化盐和铝盐溶液恒温搅拌，经洗涤过滤干燥获得。

由此可知，采用氟化铝包覆提高三元锂电池正极材料耐温性的方案中，包覆方式为将铝盐和氟化物通过化学反应，在镍钴锰酸锂正极材料表面生成氟化铝。但是，化学包覆处理往往面临着包覆层厚度、成分易受反应条件影响，获得的包覆层不均匀，影响电池效率。此外，化学包覆处理制备周期长，一些有毒原料的使用也对环境带来影响，不利于大规模工业化生产。

发明内容

鉴于此，本发明提出一种蒸镀氟化铝提高三元锂电池正极材料耐温性的方法，克服现有技术中利用氟化铝通过化学反应进行包覆，获得的包覆层不均匀，以及包覆周期长，不利于大规模工业化生产的技术缺陷，本发明包覆效果好，制备方法工艺简单，而且使用的原料成本和设备成本低廉，可以满足工业化发展需求。

本发明提供一种蒸镀氟化铝提高三元锂电池正极材料耐温性的方法，采用流化床作为蒸镀设备，包括如下步骤：

（1）在流化床底部加入氟化铝原料，对所述流化床腔室抽真空，在所述流化床腔室保持真空条件下，设定床体温度为700-750℃，使氟化铝升华，进入高温氟化铝气相区；