[发明专利]一种包覆改性电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种包覆改性电极材料及其制备方法。所述方法先通过流化床的喷嘴向流化床反应器中喷入包覆液，与处于流态化的电极材料混合，实现包覆材料前驱体对电极材料的包覆，然后进行烧结，得到由电极材料及包覆在电极材料表面的包覆材料构成的包覆改性电极材料。本发明通过进一步优化流化床的部件连接关系以及气体分布板和喷嘴的结构设计，可以在提高包覆均匀性，简化包覆流程，降低包覆工艺成本，提升电极材料的循环性能的同时，解决非正常流化现象的影响以及工作时喷嘴被堵塞的问题。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种包覆改性电极材料及其制备方法，尤其涉及一种包覆改性电极材料，及先采用流化床将包覆材料前驱体和电极材料混合，再烧结制备包覆改性电极材料的方法。

背景技术

锂离子电池能量密度高、输出功率大，绿色环保对环境友好，不含有铅、镉、汞等有毒物质，在新能源汽车、储能方面有着广泛的应用前景。随着锂离子电池应用的快速发展，人们对锂电池的容量、循环性能、安全性能、倍率性能要求越来越高。锂电池正极材料的体相和表面相结构稳定性是影响锂电池循环性能的重要因素，如何提高正极材料的结构稳定性也成为了锂电池领域的研究热点。

目前的研究结果表明，影响锂离子电池正极材料安全性和充放电循环稳定性的重要原因包括：充电态正极材料晶格失氧及相变、电解液的氧化分解反应、过渡金属离子在电解液中的溶出以及电解液副反应产生的HF对正极材料的腐蚀等。表面包覆能够有效减缓以上反应，从而提升正极材料的安全性和循环性能。

CN201210221966.9公开了一种通过共沉淀法在正极材料表面包覆一层纳米氧化铝的制备方法；CN106684358A公开了一种通过溶胶凝胶法在富锂正极材料表面包覆氧化铝的改性方法。液相包覆法虽然能够在正极材料表面均匀的包覆一层金属氧化物，提升正极材料的循环性能，但是工艺复杂、处理成本较高。

原子层沉积(ALD)包覆方法可以实现1nm-2nm厚包覆层的均匀包覆，性能优异，但对设备和原料要求高，成本高，也不利于工业化生产。

CN201710099667.5公开了一种通过气流磨的高速撞击流的方式将包覆液与正极材料进行混合得到包覆材料前驱体。这种包覆方法虽然在一定程度上能在降低包覆液的使用量的同时提高工作效率，但是高速撞击本身会对正极材料的表面包覆层造成破坏，影响材料性能。

因而，有必要提供一种简单、低成本地制备包覆改性电极材料的方法，以得到均匀包覆效果，并大幅改善电极材料的循环性能。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种包覆改性电极材料及其制备方法。采用本发明的方法先将包覆材料前驱体与流态化的电极材料混合和包覆，可以在实现流态化混合的同时能提升包覆均匀性，还可以简化包覆流程，降低包覆工艺的成本。

第一方面，本发明提供一种包覆改性电极材料的制备方法，所述方法先通过流化床的喷嘴向流化床反应器中喷入包覆液，与处于流态化的电极材料混合，实现包覆材料前驱体对电极材料的包覆，然后进行烧结，得到由电极材料及包覆在电极材料表面的包覆材料构成的包覆改性电极材料。

流化床反应器是实现流态化过程的设备，本发明通过流化床反应器使喷入的包覆液(即包覆材料前驱体的溶液、溶胶或悬浮液)与流态化的电极材料发生作用，实现包覆材料前驱体与电极材料的混合，使包覆材料前驱体均匀地包覆在电极材料的表面，在保持包覆均匀性的同时，简化包覆流程，降低包覆工艺成本。

作为本发明所述方法的优选技术方案，所述电极材料为正极材料或负极材料中的任意一种，优选正极材料，进一步优选三元镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍钴酸锂、镍锰酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸锰铁锂以及上述对应的正极材料经过掺杂改性所得正极材料中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述流态化为散式流态化，也即平稳床。