[发明专利]用于改性富锂正极材料的设备和方法

说明书

本发明提供了一种用于改性富锂正极材料的设备和方法。该设备包括：腔体；孔状隔离件，孔状隔离件设置于腔体内，并将腔体分隔为第一子腔和第二子腔；进料口，进料口与第一子腔连通以将富锂正极材料加入第一子腔；第一进气口，第一进气口与第二子腔连通以提供使富锂正极材料处于流化状态的气体；容纳部，容纳部设置于第二子腔内，用于容纳脱锂剂；第一加热装置，用于对脱锂剂加热以使脱锂剂产生脱锂气体与富锂正极材料接触进行表面改性。采用本发明的设备对富锂正极材料以流化方式进行改性，提高了介质间的传质速率和传质效果，进而能够得到均匀改性的富锂正极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种用于改性富锂正极材料的设备和方法。

背景技术

锂离子电池因具有高能量密度、高电压、循环性能好、环境污染小等优点，成为了新能源领域最理想的电源。新能源汽车作为最重要的环节之一，其使用的动力锂离子电池最主要的正极材料是磷酸亚铁锂和三元材料。经过近10年的发展，商业化的磷酸亚铁锂材料1C克容量达到140mAh/g(理论容量170mAh/g)，高镍三元材料1C克容量达到190mAh/g(理论容量280mAh/g，但稳定性其上限为220mAh/g)。某文件规定，到2020年、2025年、2030年动力电池单体比能量分别达到350、400、500wh/kg。根据测算现有的高镍三元材料配上硅碳材料体系理论上限比能量密度为350wh/kg。

富锂锰基材料xLi₂MnO₃(1-x)LiMO₂(M＝Ni、Co、Mn)的理论容量超过300mAh/g，被认为是后续最有可能获得应用的新一代高比能量锂离子电池正极材料。但是富锂锰基材料首次效率低，循环过程中电压平台衰减快，高倍率性能差限制了它的使用。研究表明通过表面改性可以有效的提高富锂锰基材料的首次库伦效率。

据文献(Nature.Communications.2016,7:12108)报道：采用碳酸氢铵分解后的气体，对富锂锰基材料进行气固界面的改性，在富锂锰基正极材料颗粒表面形成均匀氧空位，大大提高了该材料的首次充放电效率和循环稳定性。

但上述方法存在以下缺陷：(1)小试时改性效果明显，在工业化进行放大的时候，改善效果并不明显，其主要原因在于用料量大时，改性不均匀；(2)后处理时采用水洗，但水洗后颗粒表面由于水溶液的解离作用，使材料的结构、稳定性和强度都会变差，导致材料的循环性能和加工性能变差。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于改性富锂正极材料的设备和方法，以解决现有技术中的改性富锂锰基正极材料的方法工业化应用中改性效果差的问题。

为了实现目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于改性富锂正极材料的设备，该设备包括：腔体；孔状隔离件，孔状隔离件设置于腔体内，并将腔体分隔为第一子腔和第二子腔；进料口，进料口与第一子腔连通以将富锂正极材料加入第一子腔；第一进气口，第一进气口与第二子腔连通以提供使富锂正极材料处于流化状态的气体；容纳部，容纳部设置于第二子腔内，用于容纳脱锂剂；第一加热装置，用于对脱锂剂加热以使脱锂剂产生脱锂气体与富锂正极材料接触进行表面改性。

进一步地，上述第一进气口的开口朝向容纳部，优选第一进气口的开口延伸至容纳部的脱锂剂内。

进一步地，上述设备还包括第二进气口，第二进气口与第二子腔相连以提供用于对改性后的富锂正极材料进行洗涤的洗涤气体，洗涤气体包括水蒸气。

进一步地，上述孔状隔离件为微孔板和/或筛网。

进一步地，上述设备还包括气体分布器，气体分布器位于第一子腔和/或第二子腔且靠近孔状隔离件设置。

进一步地，上述设备还包括：第二加热装置，第二加热装置用于对第一子腔加热，优选第二加热装置设置于第一子腔的外壁；搅拌装置，搅拌装置设置于第一子腔内。