[发明专利]一种锂电池正极材料的快速复合包覆改性方法

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，具体而言，涉及一种锂电池正极材料的快速复合包覆改性方法，采用碳前驱体的聚合与锆前驱体的沉淀相互促进的方法，并通过煅烧，实现锂电池正极材料的氧化锆和氮掺杂碳共包覆改性，制得锂电池正极材料，该方法的优点在于反应速度快，改性过程所需时间短，且无需使用多巴胺在正极材料表面包覆所需的弱碱性缓冲液体系，无需调节反应体系的pH，同时实现了对锂电池正极材料的电化学循环性能和倍率性能的提升。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种锂电池正极材料的快速复合包覆改性方法。

背景技术

锂电池作为一类新型化学储能装备，已经受到了学术界和产业界的广泛关注，并且被应用于电脑、手机、电动车和发电站储能设施里。然而，作为锂电池的重要组成部分，正极材料在电化学循环稳定性和倍率性能等方面仍然存在问题。在电化学循环稳定性方面，专利 CN109950518A认为，正极材料的表面氧化锆包覆，可以作为物理阻挡层，减少电解液与正极材料之间的直接接触，从而有效避免正极材料的溶解和物质损失，增强正极材料结构的抗腐蚀性和电化学循环稳定性。专利CN109659545A采用氟化锆包覆正极材料，也得到了类似的正极材料保护效果。

在倍率性能方面，主要可以通过正极材料的碳包覆，提升材料电子导电率，来提升材料的倍率性能。多巴胺的聚合后碳化过程，因为其较好的包覆性能和均匀且薄的包覆厚度，受到了锂电池研究者的普遍关注。专利CN110759328A采用多巴胺聚合包覆二氧化硅球的方法，不仅制备出可以作为锂硫电池正极材料中硫的中空碳载体，也可以同时与碳化钼复合，减小碳化钼尺寸，以此加强中空碳材料与硫之间的相互作用，提升载体碳材料的载硫性能。专利CN110504423A利用三元正极材料表面的碱性特征，在正极片的涂布过程中，将多巴胺加入正极材料浆料中，使得多巴胺在正极材料表面聚合。在减少实验步骤的同时，既可以形成电子和离子的表面传输网络，又可以有效降低正极材料表面的碱性程度，提升正极循环稳定性。专利CN109659538A 公开了一种将多巴胺和磷酸锂共包覆在富锂锰基正极材料表面的方法，富锂锰基正极材料表面多巴胺的包覆有利于磷酸锂在富锂锰基正极材料表面的有效粘结，从而有利于正极材料电化学稳定性的提升。但是，传统的多巴胺包覆方法所需反应时间较长，整个处理过程进行较慢，且多巴胺与其他包覆材料之间缺乏有效的相互作用，彼此之间的连接主要依靠不同材料之间的物理吸附作用，缺乏相互之间较强的化学键合和化学相互作用，这使得多巴胺难以复合其他材料进行共包覆。

专利申请号CN202010035439.3公开了一种PDA辅助金属氧化物包覆的高镍三元层状正极材料及其制备方法，首先将 Ni_1-x-yCo_xMn_y(OH)₂三元前驱体和盐酸多巴胺混合溶解在Tris-HCl缓冲液中，通过搅拌混合均匀后，烘干，将得到的粉体和金属氧化物混合溶解在乙醇中，搅拌均匀后烘干，将得到的粉体和锂源均匀混合后，在氧气氛围下热处理，获得最终的PDA辅助金属氧化物包覆 LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂正极材料，同时金属氧化物包括了氧化锆，该方案中多巴胺作粘结剂，加强了金属氧化物和高镍LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂正极材料之间的的结合能力，进而形成金属氧化物包覆层。该技术方案是利用 LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂界面的Ni/Co/Mn原子和金属氧化物通过PDA的键合作用紧紧的黏附在一起，确保了金属氧化物层在LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂表面的包覆，但其搅拌时间为12-24h，所述热处理过程是以1-10℃/min的速率升温至400-500℃，保温3-10h，再同样以1-5℃/min的速率升温至 700-800℃，保温10-20h，这无法解决包覆改性时间长的问题，并且还增加了控制难度，更重要的是其在氧气条件下进行热处理，易使得正极材料被过度氧化。