一种锂离子电池三元正极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池三元正极材料的制备方法。包括如下步骤：先通过锂源和前驱体制备团聚体材料A，然后再通过锂源和前驱体制备单晶或类单晶材料B，然后将团聚体材料A与单晶或类单晶材料B混合均匀烧结后形成材料C，在材料C的粉体外包裹一层包覆物，即得到锂离子三元正极材料。通过将不同粒度和形态的团聚体和单晶或类单晶三元材料进行级配，单晶颗粒能够有效填充在团聚体的颗粒之间，使得级配材料与导电剂和粘结剂充分接触，同时能够提高材料的空间利用率和材料的压实密度，进而提高了材料的体积能量密度，有利于材料电性能的充分发挥，同时改善材料热稳定性的效果，提高电池的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池正极材料的制备，特别涉及一种锂离子电池三元正极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池作为一种新型的二次电池，具有高比容量、循环寿命长、安全性好等特点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑等便携式电器的驱动电源。随着电子产品的不断升级换代，以及电动汽车、混合动力汽车的发展，对电池能量密度的要求不断提高。在同样的容量发挥前提下，市场需要不断提高电池的体积能量密度，也就是提高电池活性物质的单位体积填充量。目前商用的锂离子电池正极材料主要分为三类，橄榄石结构的磷酸亚铁锂，质量比能量高，价格低廉，但是其自身振实密度低；尖晶石结构的锰酸锂，生产工艺简单，安全性高，但是其在使用过程中容量衰减较快，特别是高温循环性能差；层状钴酸锂，是目前市场运用最广泛的正极材料，但是钴资源稀缺，价格高，毒性大，电池安全性差。新型正极三元复合材料镍钴锰酸锂，由于价格低廉、循环性能好、结构稳定性好、振实密度高，成为比较理想的正极材料。但是材料的压实密度小，体积能量密度低成为制约其应用的重要因素。中国专利申请公开说明书CN101847722A中指出：通过将微米前驱体研磨到纳米级后，经高温烧结制备微米级单晶颗粒的方法，提高三元材料的压实密度，但是这种制备方法易使颗粒发生团聚，颗粒尺寸分布不均匀。中国专利申请公开说明书CN101621125A中指出：通过在研磨过程中添加聚乙烯醇，改善颗粒分散性，采用多步烧结制备出了分散性较好，压实较高的单晶颗粒，但是其制备工艺复杂，生产周期长。中国专利申请公开说明书CN102593442A中指出：采用具有特定中位粒径的镍钴锰氧化物和碳酸锂，按照一定的煅烧温度及气氛制备出高压实的锂电正极材料，但是该方法对原材料的中位粒径范围要求较窄，使其应用具有局限性。中国专利申请公开说明书CN102709541A中指出：通过溶剂热法制备高密度的镍钴锰酸锂正极材料，但是其制备工艺复杂，且不利于大规模生产。将不同粒度的材料混合级配，可以起到提升振实密度的效果，如中国专利申请公开说明书102779976A，介绍了一种不同粒度的钴酸锂的级配技术。但是，与钴酸锂不同的是当三元材料的单晶或类单晶晶粒较大时电化学性能很差，所以不能像钴酸锂一样将粒度不同的大小单晶或类单晶颗粒混合使用，必须专利技术其它的方法。
技术实现思路
为解决上述的技术问题，本专利技术公开了一种锂离子电池三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：1)将锂源、金属氧化物前驱体或金属氢氧化物前驱体混合，在空气气氛800～1100℃温度下，焙烧6～24小时，再将焙烧后的物料粉碎为中位粒径为8～25μm的团聚体材料A，所述金属氧化物前驱体的通式为Ni(1-x-y-z)CoxMnyMzOm，其中0<x<1,0<y<1，0<z<1，x+y+z<1，1≤m<2，M是一种或多种金属元素；所述金属氢氧化物前驱体的通式为Ni(1-x-y-z)CoxMnyMz(OH)n，其中0<x<1,0<y<1，0<z<1，x+y+z<1，2≤n<3，M是一种或多种金属元素；2)将锂源、金属氧化物前驱体或金属氢氧化物前驱体混合，在空气气氛800～1100℃温度下，焙烧6～24小时，再将焙烧后的物料粉碎为中位粒径为1～7μm的材料B，所述金属氧化物前驱体的通式为Ni(1-a-b-c)CoaMnbNcOm，其中0<a<1，0<b<1，0<c<1，a+b+c<1，1≤m<2,N是一种或多种金属元素；所述金属氢氧化物前驱体的通式为Ni（1-a-b-c）CoaMnbNc(OH)n，其中0<a<1，0<b<1，0<c<1，a+b+c<1，2≤n<3，N是一种或多种金属元素；3)将步骤1）中所述团聚体材料A与步骤2）中所述材料B按质量比(1～4)：（1～4）的配比球磨1～10小时，然后在空气气氛200～800℃下，焙烧1～5小时，再粉碎成中位粒径为5～20μm的材料C；4)将步骤3）所述材料C溶于酒精中，将包覆物溶解于有机溶液中，将溶解有所述包覆物的有机溶液与所述材料C的酒精溶液混合，搅拌10分钟～4小时后，在70～100℃的温度下烘干1～5小时得到烘干后的物料；5）将步骤4）中所述烘干后的物料在空气气氛300～800℃下热处理4～10小时，即得到锂离子电池三元正极材料。进一步地，步骤1）中所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂和草酸锂中的一种或多种。进一步地，步骤1）中所述金属氧化物或金属氢氧化物前驱体包括镍源、钴源、锰源、铁源、锌源、铜源、铬源、镁源、铝源；所述镍源包括碳酸镍、氢氧化镍、草酸镍、氧化镍、乙酸镍中的一种或多种；所述钴源包括碳酸钴、氢氧化钴、草酸钴、四氧化三钴、氧化钴和乙酸钴中的一种或多种；所述锰源包括碳酸锰、氢氧化锰、草酸锰、氧化锰、乙酸锰中的一种或多种；所述铁源包括氢氧化铁、氧化铁、草酸铁、乙酸铁中的一种或多种；所述锌源包括氢氧化锌、氧化锌、草酸锌、乙酸锌中的一种或多种；所述铜源包括氢氧化铜、氧化铜、草酸铜、乙酸铜中的一种或多种；所述铬源包括氢氧化铬、氧化铬、草酸铬、乙酸铬中的一种或多种；所述镁源包括氢氧化镁、氧化镁、草酸镁、乙酸镁中的一种或多种；所述铝源包括氢氧化铝、氧化铝、草酸铝、乙酸铝中的一种或多种；所述钒源包括碳酸钒、氢氧化钒、氧化钒、草酸钒中的一种或多种；所述钛源包括碳酸钛、氢氧化钛、氧化钛、草酸钛、乙酸钛中的一种或多种。进一步地，步骤1)中所述锂源中的Li原子与所述金属氧化物或金属氢氧化物前驱体中所有金属原子之和的物质的量之比为（1.0～1.2）：1.0。进一步地，步骤1）中所述金属氧化物前驱体通式中的元素M为Zr、Zn、Cu、Cr、Mg、Al、Fe、V、Ti中的一种或多种元素；步骤1）中所述金属氢氧化物前驱体通式中的元素M为Zr、Zn、Cu、Cr、Mg、Al、Fe、V、Ti中的一种或多种元素。进一步地，步骤2）中所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂和草酸锂中的一种或多种。进一步地，步骤2）中所述金属氧化物或金属氢氧化物前驱体包括镍源、钴源、锰源、铁源、锌源、铜源、铬源、镁源、铝源、钒源和钛源；所述镍源包括碳酸镍、氢氧化镍、草酸镍、氧化镍、乙酸镍中的一种或多种；所述钴源包括碳酸钴、氢氧化钴、草酸钴、四氧化三钴、氧化钴和乙酸钴中的一种或多种；所述锰源包括碳酸锰、氢氧化锰、草酸锰、氧化锰、乙酸锰中的一种或多种；所述铁源包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：1)将锂源、金属氧化物前驱体或金属氢氧化物前驱体混合，在空气气氛800～1100℃温度下，焙烧6～24小时，再将焙烧后的物料粉碎为中位粒径为8～25μm的团聚体材料A，所述金属氧化物前驱体的通式为Ni(1‑x‑y‑z)CoxMnyMzOm，其中0<x<1,0<y<1，0<z<1，x+y+z<1，1≤m<2，M是一种或多种金属元素；所述金属氢氧化物前驱体的通式为Ni(1‑x‑y‑z)CoxMnyMz(OH)n，其中0<x<1,0<y<1，0<z<1，x+y+z<1，2≤n<3，M是一种或多种金属元素；2)将锂源、金属氧化物前驱体或金属氢氧化物前驱体混合，在空气气氛800～1100℃温度下，焙烧6～24小时，再将焙烧后的物料粉碎为中位粒径为1～7μm的材料B，所述金属氧化物前驱体的通式为Ni(1‑a‑b‑c)CoaMnbNcOm，其中0<a<1，0<b<1，0<c<1，a+b+c<1，1≤m<2，N是一种或多种金属元素；所述金属氢氧化物前驱体的通式为Ni（1‑a‑b‑c）CoaMnbNc(OH)n，其中0<a<1，0<b<1，0<c<1，a+b+c<1，2≤n<3，N是一种或多种金属元素；3)将步骤1）中所述团聚体材料A与步骤2）中所述材料B按质量比(1～4)：（1～4）的配比球磨1～10小时，然后在空气气氛200～800℃下，焙烧1～5小时，再粉碎成中位粒径为5～20μm的材料C；4)将步骤3）所述材料C溶于酒精中，将包覆物溶解于有机溶液中，将溶解有所述包覆物的有机溶液与所述材料C的酒精溶液混合，搅拌10分钟～4小时后，在70～100℃的温度下烘干1～5小时得到烘干后的物料；5）将步骤4）中所述烘干后的物料在空气气氛300～800℃下热处理4～10小时，即得到锂离子电池三元正极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将锂源、金属氧化物前驱体或金属氢氧化物前驱体混合，在空气气氛800～1100℃温
度下，焙烧6～24小时，再将焙烧后的物料粉碎为中位粒径为8～25μm的团聚体材料A，
所述金属氧化物前驱体的通式为Ni(1-x-y-z)CoxMnyMzOm，其中0<x<1,0<y<1，0<z<1，x+y+z<1，1
≤m<2，M是一种或多种金属元素；所述金属氢氧化物前驱体的通式为Ni(1-x-y-z)CoxMnyMz(OH)n，
其中0<x<1,0<y<1，0<z<1，x+y+z<1，2≤n<3，M是一种或多种金属元素；
2)将锂源、金属氧化物前驱体或金属氢氧化物前驱体混合，在空气气氛800～1100℃温
度下，焙烧6～24小时，再将焙烧后的物料粉碎为中位粒径为1～7μm的材料B，所述金属
氧化物前驱体的通式为Ni(1-a-b-c)CoaMnbNcOm，其中0<a<1，0<b<1，0<c<1，a+b+c<1，1≤m<2，N
是一种或多种金属元素；所述金属氢氧化物前驱体的通式为Ni（1-a-b-c）CoaMnbNc(OH)n，其中0<a<1，
0<b<1，0<c<1，a+b+c<1，2≤n<3，N是一种或多种金属元素；
3)将步骤1）中所述团聚体材料A与步骤2）中所述材料B按质量比(1～4)：（1～4）
的配比球磨1～10小时，然后在空气气氛200～800℃下，焙烧1～5小时，再粉碎成中位粒径
为5～20μm的材料C；
4)将步骤3）所述材料C溶于酒精中，将包覆物溶解于有机溶液中，将溶解有所述包覆
物的有机溶液与所述材料C的酒精溶液混合，搅拌10分钟～4小时后，在70～100℃的温度
下烘干1～5小时得到烘干后的物料；
5）将步骤4）中所述烘干后的物料在空气气氛300～800℃下热处理4～10小时，即得到
锂离子电池三元正极材料。
2.如权利要求1所述的锂离子电池三元正极材料的制备方法，其特征在于，步骤1）中
所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂和草酸锂中的一种或多种。
3.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚怀芳，黄震雷，韩坤明，苏乔，左自成，周恒辉，
申请(专利权)人：北大先行科技产业有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11