[发明专利]锂离子电池三元正极材料表面包覆碳的处理方法及燃烧装置

说明书

本发明公开了一种锂离子电池三元正极材料表面包覆碳的处理方法及燃烧装置，该处理方法为：将碳源置于乙醇和丙酮的混合溶液，磁力搅拌后过滤，获得黑色溶液；将氢氧化锂(LiOH)、柠檬酸溶于所述黑色溶液中，搅拌均匀后烘干，获得第一黑色粉末；将所述第一黑色粉末、NCM正极材料粉体以及PVA混合，球磨后，获得第二黑色粉末；将所述第二黑色粉末在燃烧装置内经火焰燃烧法，即可得到表面包覆碳的NCM三元正极材料粉体。本发明所制备的三元NCM正极材料具有良好的循环稳定性，采用火焰燃烧法，快速固化腐殖酸，既形成了有效的碳包覆，又通过臭氧的强氧化作用防止烧结过程中包覆碳对NCM表面氧的夺取，有效抑制了晶格氧的逸失。

技术领域

本发明属于新能源材料制备方法技术领域，具体涉及一种锂离子电池三元正极材料表面包覆碳的处理方法及燃烧装置。

背景技术

锂离子电池具有工作电压、能量密度、安全性高等优点被广泛应用于可移动电子设备、电动汽车、医疗用品、航空航天和国防等领域。正极材料是构成锂离子电池的核心材料，目前商业化的正极材料主要有橄榄石结构的LiFePO₄、层状结构的LiCoO₂和三元系LiNi_xMn_yCo_zO₂(x+y+z＝1，NCM)。

NCM由于具有Ni、Mn和Co的协同效应，表现出放电比容量高、合成工艺简单和成本低廉的优势，具有很好地应用前景。然而，由于存在严重的Li/Ni混排、不可逆相变、表面残锂和材料表面与电解液的副反应等问题，严重影响了NCM正极材料的电化学性能。有研究表明，表面包覆碳是增强正极材料导电性、减少表面残锂、降低表明不可逆相变和抑制电解液与表面副反应的有效方式之一。碳基包覆层，包括活性炭、石墨和石墨烯等，既可以降低阻抗、提高容量，还可以在正极材料表面形成三维导电网络，极大地改善了电极动力学。

但是，NCM材料在烧结制备的过程中，通常会存在严重的晶格氧逸失，导致NCM正极材料需要在纯氧环境下烧结制备。在对NCM进行表面包覆碳的过程中，碳材料会提供还原性环境，加剧材料晶格中氧的逸失。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种锂离子电池三元正极材料表面包覆碳的处理方法及燃烧装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种锂离子电池三元正极材料表面包覆碳的处理方法，该处理方法为：

将碳源置于乙醇和丙酮的混合溶液，磁力搅拌后过滤，获得黑色溶液；

将氢氧化锂(LiOH)、柠檬酸溶于所述黑色溶液中，搅拌均匀后烘干，获得第一黑色粉末；

将所述第一黑色粉末、NCM正极材料粉体以及PVA混合，球磨后，获得第二黑色粉末；

将所述第二黑色粉末在燃烧装置内经火焰燃烧法，即可得到表面包覆碳的NCM三元正极材料粉体。

上述方案中，所述将腐殖酸置于乙醇和丙酮的混合溶液，磁力搅拌后过滤，获得黑色溶液，具体为：

步骤1.1、碳源采用腐殖酸，纯度要求为分析纯AR；

步骤1.2、按照体积比2～5:1配置乙醇和丙酮的混合溶液；

步骤1.3、将腐殖酸加入混合溶液中，加入比例为每100ml溶液中加入200-300g腐殖酸；

步骤1.4、在30～50℃下搅拌30～60分钟，搅拌转速为500～600r/min；

步骤1.5、过滤，获得黑色溶液。

上述方案中，所述将氢氧化锂(LiOH)、柠檬酸溶于所述黑色溶液中，搅拌均匀后烘干，获得第一黑色粉末，具体为：