正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于电池领域，具体公开了一种正极材料的制备方法。该制备方法包括，将原料进行球磨混合，原料包括氢氧化镍、碳酸锰、以及氢氧化锂和/或碳酸锂；在含氧气氛下在905-995℃下烧结；得到含Li、Ni和Mn的金属复合氧化物。本发明专利技术的制备方法合成路线短、简单易行、产量大、成本低；且容易控制、并不产生副产物。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于电池领域，具体公开了一种正极材料的制备方法。该制备方法包括，将原料进行球磨混合，原料包括氢氧化镍、碳酸锰、以及氢氧化锂和/或碳酸锂；在含氧气氛下在905-995℃下烧结；得到含Li、Ni和Mn的金属复合氧化物。本专利技术的制备方法合成路线短、简单易行、产量大、成本低；且容易控制、并不产生副产物。【专利说明】
本专利技术属于电池领域，具体涉及一种正极材料的制备方法及正极材料。
技术介绍
手机、笔记本电脑、数码相机、电动工具等便携式电子产品在市场上的广泛应用， 带动了锂离子电池的快速发展。对锂离子电池而言，主要构成材料包括正极材料、负极材 料、电解液以及隔膜等；一般来说，在锂离子电池组成成分中，正极材料占据着最重要的地 位，正极材料的好坏，直接影响了最终锂离子电池的性能指标。 目前钴酸锂仍是应用最广泛的锂离子电池正极材料，但是随着人们对锂离子电池 性能的不断提高，其容量和安全性逐渐难以满足需求，加之钴资源缺乏造成钴价飞涨，亟需 替代钴酸锂的正极材料。故如何获取制备工艺简单、性能优异、价格便宜的正极材料是当今 锂离子电池发展过程中关键性因素。 近年来，人们陆续开发了二元正极材料、三元正极材料。现有的二元正极材料、三 元正极材料多采用共沉淀法来制备。在制备二元正极材料、三元正极材料时，共沉淀法一 般包括共沉淀步骤和烧结步骤。其中，共沉淀步骤是将Ni、Μη或Co等过渡金属离子，利用 沉淀剂共同沉积形成正极材料前躯体；而烧结步骤是将正极材料前躯体和锂源一起高温烧 结，最终形成正极材料。 但是，共沉淀法制备正极材料，其合成工艺路线长、步骤繁琐、产量小、成本高；另 夕卜，在共沉淀步骤时工艺难以控制、且产生大量副产物。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，现有正极材料的制备方法合成工艺路线长，步骤 繁琐。 本专利技术提供了一种正极材料的制备方法，其包括如下步骤： (1)将原料进行球磨混合，所述原料包括氢氧化镍、碳酸锰、以及氢氧化锂和/或 碳酸锂； (2 )在含氧气氛下，在905-995 °C下烧结； 得到含Li、Ni和Μη的金属复合氧化物。 优选地，所述原料还包括氢氧化钴。 优选地，所述烧结的温度为940_960°C。 优选地，所述烧结的时间为l_18h。 更优选地，所述烧结的时间为2_7h。 优选地，在球磨之后、在烧结之前，所述制备方法还包括对原料进行预烧结的步 骤；所述预烧结的温度低于烧结的温度。 更优选地，所述预烧结的温度为400_600°C。 更优选地，所述预烧结的时间为2_6h。 优选地,所述含氧气氛为空气气氛。 本专利技术还提供了一种正极材料，所述正极材料采用本专利技术的制备方法制得。 与现有技术相比，本专利技术的正极材料制备方法，相比共沉淀法而言，删除了共沉淀 步骤，因此合成路线短、简单易行、对设备的要求低、产量大、成本低；工艺容易控制、并不产 生如共沉淀的废液的副产物。最重要的是，采用本专利技术的制备方法得到正极材料不含杂质 相、纯度高、且比容量高、电池循环性能好。 【专利附图】【附图说明】 图1是实施例1与实施例2的原料的热重分析图谱。 图2是实施例1与对比例1的正极材料的XRD图谱。 图3是实施例2与对比例2的正极材料的XRD图谱。 图4是实施例1与实施例2的正极材料的XRD图谱。 图5是实施例2制成的电池的0. 2C充放电曲线图。 图6是实施例2制成的电池的0. 2C循环曲线图。 图7是富锂NCM正极材料的烧结时间对比容量影响的关系图。 图8是富锂匪正极材料的烧结时间对比容量影响的关系图。 图9是实施例6制成的电池的倍率循环曲线图。 【具体实施方式】 为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本专利技术，并不用于限定本专利技术。 一种正极材料的制备方法，其包括如下步骤： (1)将原料进行球磨混合，所述原料包括氢氧化镍、碳酸锰、以及氢氧化锂和/或 碳酸锂； (2 )在含氧气氛下，在905-995 °C下烧结； 得到含Li、Ni和Μη的金属复合氧化物。 本专利技术的正极材料制备方法所适用的正极材料，可以是通式I所示的金属复合氧 化物；通式I为Ι^ χ(Ν?3ΜηΑ)2_χ02的金属复合氧化物，其中Μ为掺杂元素，0. 8彡X彡1. 2， 0〈a〈l，0〈b〈l，0 < c〈l，a+b+c=l。其可以是掺杂或未掺杂的二元正极材料、掺杂或未掺杂的 三元正极材料。特别需要指出的是，本专利技术的制备方法同样适用于富锂二元正极材料或富 锂三元正极材料。 其中，在不含Μ元素的情况下，即c=0时，本专利技术的原料为氢氧化镍、碳酸锰、氢氧 化锂，或原料为氢氧化镍、碳酸锰、碳酸锂。 在含Μ元素的情况下，即c尹0时，本专利技术的原料为氢氧化镍、碳酸锰、氢氧化锂和 Μ源，或原料为氢氧化镍、碳酸锰、碳酸锂和Μ源。 优选情况下，本专利技术的原料还包括氢氧化钴。 根据合成的正极材料中是否含钴，可以选择性加入氢氧化钴。例如，当制备锂镍锰 的二元正极材料时，本专利技术的原料含氢氧化镍、碳酸锰、氢氧化锂，或原料含氢氧化镍、碳酸 锰、碳酸锂。当制备锂镍钴锰的三元材料时，本专利技术的原料含氢氧化镍、氢氧化钴、碳酸锰、 氢氧化锂，或原料含氢氧化镍、氢氧化钴、碳酸锰、碳酸锂。 本专利技术的原料中氢氧化镍、碳酸锰、氢氧化钴、氢氧化锂/碳酸锂的比例，可以根 据需要合成的正极材料中金属元素的含量来计算配比。例如，在制备富锂正极材料时，原料 中的氢氧化锂/碳酸锂的含量要根据正极材料的富锂程度来配比。 为了保证正极材料的性能优异，本专利技术的原料的纯度优选大于98wt%。 本专利技术的原料，可以有效确保原料各组分在本专利技术的烧结温度下充分的反应，减 小了副反应的产生，从而有效避免了副产物(杂质相）的产生，从而得到具有单一相的正极 材料。 在确定原料配比之后，将原料送入球磨机中球磨。 在球磨时，原料可以分步球磨混合，也可以一步球磨混合。例如，可以将原料一次 性一起加入球磨机中球磨混合，还可以先将氢氧化镍、氢氧化钴、碳酸锰球磨混合，然后再 加入氢氧化锂球磨混合。 对于分步球磨混合，本专利技术可以是二步的球磨混合，也可以是三步的球磨混合。例 如先将原料中两组份球磨混合，同时将另外两组份球磨混合，最后一起球磨混合。亦可以先 将原料中两组份球磨混合，然后依次加入另外两个组分球磨混合。 本专利技术对于原料中各组分混合顺序也没有限制，例如可以是先氢氧化钴和氢氧化 镍，后碳酸锰，最后氢氧化锂；还可以是先氢氧化钴、氢氧化镍和碳酸锂，最后碳酸锰。 本专利技术球磨时使用的球磨机，可以是本领域中各种球磨机。例如行星球磨机、管式 球磨机、卧式球磨机、或立式球磨机等。 球磨时使用的磨球，选用球磨时不与原料各组分之间产生化学反应的磨球，例如 可选用氧化锆磨球、氧化铝磨球、陶瓷磨球、金属磨球等。 本专利技术对于磨球的形状无特殊要求，磨球的形状既可以是传统的球形，也可以是 橄榄球形等其他形状。 优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正极材料的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：（1）将原料进行球磨混合，所述原料包括氢氧化镍、碳酸锰、以及氢氧化锂和/或碳酸锂；（2）在含氧气氛下在905‑995℃下烧结；得到含Li、Ni和Mn的金属复合氧化物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：南朗端，陈璞，
申请(专利权)人：苏州宝时得电动工具有限公司，陈璞，
类型：发明
国别省市：江苏;32