[发明专利]钨包覆三元正极材料的制备方法及装置

说明书

本发明提供了一种钨包覆三元正极材料的制备方法及装置。制备方法包括：将镍源、钴源和锰源溶于水中，得到混合溶液；然后加入络合剂和沉淀剂，陈化后过滤，得到三元正极材料前驱体；将三元正极材料前驱体与锂源混合，得到三元正极材料前驱体与锂源的混合物；将气态钨源和氧气混合，得到混合气体；最后将混合气体与三元正极材料前驱体与锂源的混合物混合进行烧结，得到钨包覆三元正极材料。本发明的制备方法中，气态钨源经过氧气的带动与氧化，变成小颗粒WO₃并均匀包覆在三元正极材料的表面，包覆均匀，操作简单，可以显著提高三元正极材料的循环稳定性，而且不需要进行二次烧结包覆，还降低了研发成本，缩短了烧结周期，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂电池材料技术领域，具体而言，涉及一种钨包覆三元正极材料的制备方法及装置。

背景技术

目前，锂离子电池的主流正极材料体系为磷酸铁锂、三元镍钴锰锂、锰酸锂、钴酸锂等体系。而正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一，其性能对锂离子电池的应用影响较大。三元正极材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(0x1，0y1)，因比容量较高、循环寿命较长、成本较低等优点，已经在锂离子动力电池中得到了广泛应用。随着能量密度要求的提高，镍含量更高的LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)、LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)等材料，特别是高镍三元正极材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(0.6≤x≤0.9，y0.4，1-x-y0.4)的产能和市场占比不断提升，是未来几年最具有潜力的锂离子电池正极材料。高镍三元材料优势显著，代表性的高镍三元材料镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)的单体能量密度可达300Wh/kg以上。但是，目前的高镍三元材料仍存在一些不足之处：阳离子混排严重，界面残碱含量高，制备副反应中HF对材料侵蚀严重，材料循环性能差等。

为了抑制材料制备副反应过程中HF对正极材料的侵蚀，从而提高材料的循环稳定性，可以在材料表面形成一层金属氧化物保护层，减少电解液从材料表面向内部的扩散，能有效抑制电解液对材料内部结构的腐蚀，提高材料结构的稳定性。钨元素因其较高的熔点、良好的耐蚀性，受到国内外研究人员的广泛关注。目前，主要包覆方法为：1)将三元材料前驱体与WO₃通过机械混合的方法进行研磨包覆。但是，机械包覆的方法研磨时间长，能耗高，分散不均匀，包覆效果并不理想，材料电化学性能也较差。2)在三元材料前驱体合成过程中加入钨盐，通过离子共沉淀的方法，制备钨包覆的三元材料。但是，该方法的工艺要求较苛刻，电化学性能也较低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种钨包覆三元正极材料的制备方法及装置，以解决现有技术中钨包覆三元正极材料时包覆不均匀导致材料电化学性能差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种钨包覆三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，将镍源、钴源和锰源溶于水中，得到混合溶液；步骤S2，在混合溶液中加入络合剂和沉淀剂，陈化后过滤，得到三元正极材料前驱体；步骤S3，将三元正极材料前驱体与锂源混合，得到三元正极材料前驱体与锂源的混合物；步骤S4，将气态钨源和氧气混合，得到混合气体；步骤S5，将混合气体与三元正极材料前驱体与锂源的混合物混合进行烧结，得到钨包覆三元正极材料。

进一步地，步骤S4中，气态钨源为气态乙醇钨；优选地，气态钨源由以下方法制备：将固体钨源在120～135℃下加热，得到气态钨源，固体钨源为乙醇钨。

进一步地，步骤S5中，混合气体的进气量为20～40mL/min。