一种金属氧化物包覆电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及金属氧化物包覆电池正极材料的制备方法，所述制备方法将正极材料基材与包覆液在气流磨中，采用撞击流的方式进行包覆，得到包覆材料前驱体；将得到的所述包覆材料前驱体进行烧结，得到金属氧化物包覆电池正极材料。所述制备方法通过气流磨设备，对电池正极材料进行撞击流包覆金属氧化物，提高了金属氧化物的包覆率以及包覆均匀度，同时可通过调整气流磨的参数来控制包覆过程，且所述制备方法工艺简单，可用于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种金属氧化物包覆电池正极材料的制备方法
本专利技术涉及电池领域，涉及一种电池正极材料的制备方法，尤其涉及一种金属氧化物包覆电池正极材料的制备方法。
技术介绍
自20世纪90年代日本SONY公司发行了全球首款商用锂离子二次电池后，锂离子电池得到了迅速的发展，尤其是正极材料，从钴酸锂(LiCoO2)、尖晶石结构的锰酸锂(LiMn2O4)，橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4)到层状多元氧化物(LiCoxNiyMn1-x-yO2、x+y≤1和LiCo0.2Ni0.8O2、LiCo0.2Ni0.75Al0.05O2等)，无论是商业应用还是科学研究，都掀起了一股研究的热潮。随着应用范围越来越广泛，人们对锂离子电池的要求也在不断提高：高能量密度，长循环寿命，倍率性能，高安全性能，一致性等，尤其在动力电池的应用上提出了更高的要求。根据目前的研究，正极材料的表面状态对于电池的性能有着重要的影响：正极材料中的金属离子在循环的过程中会与电解液中的组分发生化学反应，进而导致循环性能变差，高温存储以及安全性能等问题出现，针对以上的问题，在技术上采取在正极材料表面包覆一层金属氧化物的手段来阻止电解液与正极材料中的金属离子发生反应。CN102315430B公开了一种锂离子电池正极材料包覆金属氧化物的制备方法，提出了使用表面活性剂诱导金属氧化物包覆的方法。CN104143633A公开了元素微乳化包覆法制成的正极材料、制法及应用，提出了使用制备包覆金属氧化物微乳液，然后与基材正极材料进行混合、烧结后得到金属氧化物包覆的正极材料。目前公开发表的专利技术中，经过金属氧化物包覆后的正极材料的性能有较大的提升；液相包覆法虽然能够达到均匀包覆的目的，但其工艺复杂，基体与包覆液混合后需要进行固液分离处理，能耗较大，不易实现产业化。在毛细撞击流反应器合成富锂锰基正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的研究(张茜，优秀硕士研究生学位论文)中采用毛细撞击流反应器，进料速度为80mL/min下，反应物料中的氨水浓度为0.28mol/L时，将反应溶液在650r/min的转速下持续搅拌30min进行反应，最后在950℃的空气中锻烧20h后在马弗炉内进行冷却制得Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2。但是，该方法使用的毛细管撞击流反应器的生产效率低，且碰撞维度小，包覆均匀度差。CN101465418A公开了一种锂离子二次电池用正极复合材料的制备方法，该方法通过将第一介质流和第二介质流以向上的喷射方向进行旋转喷射形成撞击流，并且第一介质流的旋转方向与第二介质流的旋转方向相反，在这种状态下，旋转方向相反的包覆材料前驱体颗粒和正极活性物质颗粒进行高速旋转碰撞，能够使包覆材料前驱体颗粒均匀的包覆在正极活性物质颗粒的表面；并且，包覆后的正极活性物质颗粒受到重力的作用和下方的强气流作用发生循环流动，再次与下方喷出包覆材料前驱体颗粒发生碰撞，进一步加强了包覆的效果，从而使正极活性物质和电解液隔离开来。但是，该方法需要将二氧化碳气体转化为超临界状态，再对正极材料和包覆材料进行负载，一方面将二氧化碳转换为超临界态需要消耗大量的能量，另一方面需要对现有装置进行改装才可以满足生产需求，且超临界态稳定性差，对装置的条件要求高。可见，现有技术中电池正极材料的金属氧化物的包覆方法都较为复杂，耗能高，设备改装繁琐，不易进行工业化生产，且现有技术的包覆率低，包覆均匀度差。因此，为了解决上述问题，研究一种新的金属氧化物包覆的电池正极材料的制备方法十分重要。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种金属氧化物包覆电池正极材料的制备方法，所述制备方法采用气流磨进行撞击流的方式进行包覆，提高了金属氧化物对电池正极材料的包覆率以及包覆均匀度，且制备方法工艺简单，可进行工业化生产。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种金属氧化物包覆电池正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将正极材料基材与包覆液在气流磨中，采用撞击流的方式进行包覆，得到包覆材料前驱体；(2)将步骤(1)得到的所述包覆材料前驱体进行烧结，得到金属氧化物包覆电池正极材料。本专利技术选择气流磨作为电池正极材料撞击流式包覆金属氧化物的设备，一方面可以通过气流磨对正极材料以及包覆液的粉碎作用，使正极材料与包覆液充分接触，均匀包覆，并能控制产物粒度分布，另一方面可以通过调节气流磨的各项参数来控制包覆过程，进而控制产物的性质，同时免去了对现有设备的改装，简化了包覆工艺。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述正极材料基材包括LiCoO2，LiFePO4，LiMnPO4，LiFexMn1-xPO4，LiNiO3，LiMn2O4，LiNixCo1-xO2或LiNixCoyM1-x-yO2中任意一种或至少两种的组合，其中0<x<1，0<y<1，0<x+y<1，M包括Mn、Al、Mg、Ga、Ca、Fe、La、Ce、Pr、Nd、Y或Sc中的任意一种或至少两种的组合，优选为LiMn2O4，LiNixCo1-xO2或LiNixCoyM1-x-yO2中任意一种或至少两种的组合，其中0<x<1，0<y<1，0<x+y<1，M包括Mn、Al、Mg、Ga、Ca、Fe、La、Ce、Pr、Nd、Y或Sc中的任意一种或至少两种的组合。其中所述正极材料的组合典型但非限制性实例有：LiCoO2和LiFePO4的组合、LiFePO4和LiMnPO4的组合、LiMnPO4和LiFexMn1-xPO4的组合、LiFexMn1-xPO4和LiNiO3的组合、LiNiO3和LiMn2O4的组合、LiMn2O4和LiNixCo1-xO2的组合或LiNixCo1-xO2和LiNixCoyM1-x-yO2的组合等；所述M的组合典型但非限制性实例有：Mn和Al的组合、Mg和Ga的组合、Ca和Fe的组合、La和Ce的组合、Pr和Nd的组合、Y和Sc的组合或Mn、Al和Mg的组合等。其中所述x可以是0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等；所述y可以是0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等；但并不仅限于所列举的数值，以上各数值范围内包含的其他未列举的数值也同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述包覆液包括溶质、溶剂、稳定剂和润湿剂。作为本专利技术优选的技术方案，所述溶剂为醇类溶剂。优选地，所述醇类溶剂包括无水乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇或2-丁醇中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：无水乙醇和正丙醇的组合、正丙醇和异丙醇的组合、正丁醇和异丁醇的组合、叔丁醇和2-丁醇的组合、无水乙醇和正丙醇的组合、正丁醇和叔丁醇的组合或无水乙醇、正丙醇和正丁醇的组合等。优选地，所述溶质为金属有机物。优选地，所述金属有机物包括异丙醇铝、钛酸丁酯、钛酸乙酯、硬脂酸铝、柠檬酸铝、水杨酸铝、酒石酸铝或异丙醇锆中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：异丙醇铝和钛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属氧化物包覆电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将正极材料基材与包覆液在气流磨中，采用撞击流的方式进行包覆，得到包覆材料前驱体；(2)将步骤(1)得到的所述包覆材料前驱体进行烧结，得到金属氧化物包覆电池正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物包覆电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将正极材料基材与包覆液在气流磨中，采用撞击流的方式进行包覆，得到包覆材料前驱体；(2)将步骤(1)得到的所述包覆材料前驱体进行烧结，得到金属氧化物包覆电池正极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述正极材料基材包括LiCoO2，LiFePO4，LiMnPO4，LiFexMn1-xPO4，LiNiO3，LiMn2O4，LiNixCo1-xO2或LiNixCoyM1-x-yO2中任意一种或至少两种的组合，其中0<x<1，0<y<1，0<x+y<1，M包括Mn、Al、Mg、Ga、Ca、Fe、La、Ce、Pr、Nd、Y或Sc中的任意一种或至少两种的组合，优选为LiMn2O4，LiNixCo1-xO2或LiNixCoyM1-x-yO2中任意一种或至少两种的组合，其中0<x<1，0<y<1，0<x+y<1，M包括Mn、Al、Mg、Ga、Ca、Fe、La、Ce、Pr、Nd、Y或Sc中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述包覆液包括溶质、溶剂、稳定剂和润湿剂。4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为醇类溶剂；优选地，所述醇类溶剂包括无水乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇或2-丁醇中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述溶质为金属有机物；优选地，所述金属有机物包括异丙醇铝、钛酸丁酯、钛酸乙酯、硬脂酸铝、柠檬酸铝、水杨酸铝、酒石酸铝或异丙醇锆中任意一种或至少两种的组合，进一步优选为异丙醇铝、钛酸丁酯、钛酸乙酯或异丙醇锆中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述稳定剂包括浓盐酸、冰醋酸、无水乙醇、乙二醇胺或次磷酸钠中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述润湿剂为甘油、...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔伟超，王张健，杨顺毅，任建国，黄友元，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44