[发明专利]一种氟化锂包覆层转化提高锂离子电池三元正极材料循环性能的方法

说明书

本发明公开了一种氟化锂包覆层转化提高锂离子电池三元正极材料循环性能的方法。将氟化物乙醇溶液、锂盐乙醇溶液与锂离子电池三元正极材料混合，恒温反应，过滤、洗涤得到滤渣，烘干滤渣，低温热处理，复合包覆层将三元正极材料与电解液隔离，避免电解液中可能存在的HF对电极材料的腐蚀以及溶解，提高三元正极材料的循环性能。氟的掺杂增大三元材料的晶胞体积，为锂离子的扩散提供更大的扩散通道，利于提高三元材料的倍率性能以及晶体结构稳定性，氟化锂的转化为三元材料提供了包覆和掺杂的两种功能，提升三元正极材料的电化学性能。本发明制备工艺简单、绿色环保，操作方法简单，具有较大的应用价值。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，特别涉及一种通过氟化锂转化实现表面包覆和掺杂协同功能，改善锂离子电池三元正极材料循环性能的方法。

背景技术

与目前广泛使用的锂离子电池正极材料LiCoO₂相比，三元正极材料具有容量高、成本低的明显优势，是目前锂离子电池正极材料的发展重点，但其循环性能仍需不断改善。三元正极材料循环性能差主要归绺为以下两方面：(1)电解质LiPF₆分解产生的HF腐蚀电极材料，导致活性材料的溶解或脱落，致使三元正极材料循环性能不断恶化；(2)活性材料晶体结构的不稳定，导致电极材料循环性能下降。针对上述原因，已有大量研究表明采用表面包覆、掺杂以及两者组合的方法改善三元正极材料的循环性能，但单一的表面包覆或掺杂方法却不能显著改善三元正极材料的循环性能，而现有表面包覆和掺杂组合的方法却过于复杂，需要依次通过掺杂和表面包覆的步骤来完成。而本发明通过单一的步骤同时实现表面包覆和掺杂两种功能，表面包覆层将三元正极材料与电解液隔绝，避免电解液中可能产生的HF对活性材料的腐蚀和溶解，提高三元正极材料的循环性能。氟对三元正极材料的掺杂提高三元正极材料晶体结构的稳定性，并拓宽锂离子的扩散通道，提高锂离子的扩散动力学性能，提高材料的倍率性能和循环性能，显著提升三元正极材料的循环性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种氟化锂包覆层转化提高锂离子电池三元正极材料循环性能的方法，针对三元正极材料循环性能差的缺点，对包覆于三元正极材料表面的氟化锂包覆层进行热处理，使氟化锂部分转化为氧化锂以及对三元正极材料进行掺杂的氟，使氟化锂包覆的三元正极材料转化为氟化锂/氧化锂复合物包覆的氟掺杂三元正极材料，使三元正极材料兼具优异的循环性能和倍率性能。

具体步骤为：

(1)将0.0029～0.0119g氟化物溶于20～30mL无水乙醇中，形成氟化物乙醇溶液；将0.007～0.043g锂盐溶于20～30mL无水乙醇中，形成锂盐乙醇溶液。

(2)将步骤(1)所得氟化物乙醇溶液、锂盐乙醇溶液与1.000～2.000g的三元正极材料粉末混合均匀，并将混合溶液置于恒温装置中边搅拌边反应0.5～3 小时，然后将混合溶液进行过滤并用乙醇、蒸馏水洗涤，获得滤渣，并将滤渣干燥。

(3)将步骤(2)干燥后的滤渣置于空气气氛或氧气气氛条件下，加热升温至350℃～500℃，并恒温2～8小时，冷却后获得氟化锂/氧化锂复合物包覆覆的氟掺杂三元正极材料。

所述氟化物为氟化铵、氟化氢铵、氟化钠、氟化钾和氟氢酸钾中的一种或多种。

所述锂盐为硝酸锂、醋酸锂、氯化锂、溴化锂和硫酸锂中的一种或多种。

所述三元正极材料为LiNi_1-x-yCo_xAl_yO₂(x0，y0且x+y1)和 LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂(x0，y0且x+y1)中的一种或两种。

本发明利用较低温度条件下的单一热处理步骤，实现表面包覆和掺杂两种功能，显著提高三元正极材料的循环性能和倍率性能，该方法工艺简单、绿色环保，具有重大的应用价值。

附图说明