[发明专利]一种利用含磷有机物降低正极材料碱性的方法

说明书

本发明提供了一种利用含磷有机物降低正极材料碱性的方法，所述方法通过得到表面包覆磷酸锂的正极材料实现。本发明利用了有机化合物中的磷元素，在非水体系中构筑磷酸锂表面包覆层，完全避免了水对电池正极材料的不良影响，在保持电池正极材料结构稳定性的同时消耗表面残锂，有效降低正极材料的碱性；在电池正极材料表面构筑了均匀的磷酸锂包覆层，提高电池正极材料在空气中的稳定性及其电化学性能。本发明利用的含磷有机化合物来源广，成本低；采用液相法，条件温和，工艺简单有效，易于工业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种利用含磷有机物降低正极材料碱性的方法。

背景技术

电动汽车是国家规划发展的重要领域。续航能力是电动汽车的核心竞争力。高能量密度锂离子电池对提高电动汽车的续航里程具有重要意义。锂离子电池中，相较负极材料，锂离子电池正极材料比容量低，是制约锂离子电池能量密度提升的瓶颈之一。

碱性过强是制约一些锂离子电池正极材料应用的障碍。以富镍正极材料(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(x≥60％))为例，富镍正极材料提升了镍在材料中的比例，相较于构成锂离子电池正极材料的钴元素，镍具有比容量高，价格低廉，环境友好等优势。富镍正极材料因此具有比容量高，成本低的特点，受到人们广泛关注。然而，富镍正极材料仍存在一系列问题，其中一个重要问题是过强的碱性。富镍正极材料的碱性主要来源于其表面残锂。制备富镍正极材料的过程中，为防止锂的损耗，通常会加入过量锂盐，过量锂盐使产物表面存在多余的锂，即表面残锂。残锂易与潮湿空气中的H₂O，CO₂反应，生成LiOH，Li₂CO₃。这两种物质增强富镍正极材料的碱性。强碱性使富镍正极材料在匀浆过程中容易变成果冻状，影响涂布；强碱性增加了富镍正极材料的吸水能力，在组装成电池的过程中会将大量水分带入电池，促进电解液分解，造成胀气等一系列问题，恶化电池电化学性能和安全性能。对富镍正极材料在内的锂离子电池正极材料进行表面改性，降低其碱性是非常必要的。

研究者广泛采用水洗等液相表面改性手段对锂离子电池正极材料进行表面改性，降低碱性。液相表面改性手段具有混料均匀，操作简便等优点得到人们广泛关注。我们注意到，现有的液相表面改性手段几乎都在水体系中进行，这对一些锂离子电池正极材料是不利的。例如，对富镍正极材料，水系处理方案存在如下缺点：水会置换出富镍正极材料中的锂生成LiOH，使富镍正极材料的比容量不可逆降低；水处理过的富镍正极材料对潮湿空气的敏感性增强，更易于生成碳酸锂，氢氧化锂；水处理过的富镍正极材料热稳定性变差，高温性能下降。韩国锂电池专家Jaephil Cho曾撰文写道：在水中处理富镍正极材料不是一种好方法，我们应该寻求更好的方案替代它(Junhyeok Kim et al.Adv Energy Mater.2018,8,1702028)。

中国专利CN 102881911A报道了一种利用液相沉淀法构筑磷酸锂包覆层的方案，但是该方案未能避免水对锂离子电池正极材料的不良影响，且工艺复杂，不利于大规模生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种在非水体系下利用含磷有机物对电池正极材料进行改性以降低其碱性的方法。

本发明提供一种利用含磷有机物降低正极材料碱性的方法，所述方法通过得到表面包覆磷酸锂的正极材料实现，可以为如下方案一或方案二：

方案一：将电池正极材料，含磷有机物分散到有机溶剂中，搅拌一段时间，蒸干，将产物高温煅烧处理，得到所述表面包覆磷酸锂的电池正极材料；

方案二：将电池正极材料，六氯三聚磷腈，聚合物单体B分散到有机溶剂中，在碱性试剂作用下反应，得到聚磷腈包覆的电池正极材料，将所述聚磷腈包覆的电池正极材料高温煅烧处理，得到所述表面包覆磷酸锂的电池正极材料。