镍钴锰三元材料的制备方法、镍钴锰三元材料、锂离子电池正极材料和锂离子电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，涉及一种镍钴锰三元材料的制备方法、镍钴锰三元材料、锂离子电池正极材料和锂离子电池。本发明专利技术提供的镍钴锰三元材料的制备方法，包括如下步骤：将三元材料前驱体与锂源共混物的烧结产物依次进行球磨、干燥和二次烧结，得到镍钴锰三元材料。本发明专利技术的方法降低了对生产三元材料前驱体过程中各种因素的条件要求，能够使得三元材料粒径可控，缓解了前驱体颗粒大小不均，造成镍钴锰三元材料循环性能下降等问题。

【技术实现步骤摘要】
镍钴锰三元材料的制备方法、镍钴锰三元材料、锂离子电池正极材料和锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种镍钴锰三元材料的制备方法、镍钴锰三元材料、锂离子电池正极材料和锂离子电池。
技术介绍
自从2001年Ohzuku和Makimura首次提出LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元材料可用作锂离子电池正极材料以来，该材料就受到了人们的广泛关注。镍钴锰酸锂三元材料(NMC)也成为了如今锂离子电池研究的一大热点，其具有比容量高、循环性能和热稳定性好、成本低、安全性好等多种优点，是一种理想的锂离子电池正极材料。大量研究表明，三元材料的合成方法对电化学性能有重要的影响，因为材料的制备工艺决定着三元材料的阳离子混排，粒径以及形貌等。目前为止，多种多样的合成方法已经成功应用于三元材料的合成，包括水热法、固相法、溶胶－凝胶法、喷雾干燥法、共沉淀法等。目前的三元材料的主流生产工艺为：镍钴锰氢氧化物(以下简称三元材料前驱体)与锂源干法混料、然后高温烧结、破碎、除铁、过筛包装，制得三元材料。三元材料前躯体对三元材料的烧结过程及三元材料的理化及电性能指标具有重要的影响。因此三元材料的粒度分布主要决定于三元材料前驱体的粒度分布，所以三元材料厂对三元材料前驱体的粒度分布要求有很高要求。三元材料前驱体生产过程中，影响粒度的工艺参数较多，例如：镍钴锰盐浓度、反应釜底液碱浓度、反应釜底液温度、镍钴锰盐加入速度、镍钴锰盐加入时溶液pH值控制、反应釜搅拌速度等均会对前驱体粒度分布有影响。由于三元材料前驱体粒度分布不合格率较高，使得粒度分布成为控制难点和成本较高的关键问题之一，给实际生产应用带来了较大的挑战。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种镍钴锰三元材料的制备方法，该方法降低了对生产三元材料前驱体过程中各种因素的条件要求，能够使得三元材料粒径可控，缓解了前驱体颗粒大小不均，造成镍钴锰三元材料循环性能下降等问题。本专利技术的第二目的在于提供一种镍钴锰三元材料。本专利技术的第三目的在于提供一种锂离子电池正极材料，将上述镍钴锰三元材料作为锂离子电池正极材料使用，具有一致性好，粒度可控，循环稳定性好，物理和电化学性能优异的优点。本专利技术的第四目的在于提供一种锂离子电池，该锂离子电池具有较高的体积能量密度，循环稳定性好，物理和电化学性能优异。本专利技术的第五目的在于提供一种包含所述的锂离子电池的电子装置、电动工具、电动车辆或电力储存系统。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种镍钴锰三元材料的制备方法，包括如下步骤：将三元材料前驱体与锂源共混物的烧结产物依次进行球磨、干燥和二次烧结，得到镍钴锰三元材料。作为进一步优选技术方案，三元材料前驱体与锂源的摩尔比为1：(1.01～1.1)；优选地，烧结过程中，先以2℃/min～6℃/min的升温速率升至400℃～600℃，烧制4h～6h，再以2℃/min～6℃/min升温速率升至900℃～1000℃，烧制10h～15h；优选地，烧结气氛为氧气、空气或压缩空气中的一种或几种。作为进一步优选技术方案，所述球磨为干法球磨，优选为先采用搅拌磨进行预磨，再采用砂磨机进行细磨；优选地，预磨的时间为0.5h～10h，细磨的时间为0.1h～20h；或者，以电量计，预磨为0.1kwh/kg～20kwh/kg，细磨为0.5kwh/kg～20kwh/kg。作为进一步优选技术方案，干燥的方式为喷雾干燥，优选为离心喷雾干燥或压力喷雾干燥；优选地，采用离心喷雾干燥机进行喷雾干燥，雾化器的转速为5000rpm～30000rpm；优选地，采用压力喷雾干燥机进行喷雾干燥，雾化压力为0.05MPa～0.75MPa；优选地，喷雾干燥的进风温度为100℃～350℃，出风温度为80℃～120℃。作为进一步优选技术方案，二次烧结过程中，先以2℃/min～6℃/min的升温速率升至400℃～600℃，烧制4h～6h，再以2℃/min～6℃/min升温速率升至900℃～1000℃，烧制10h～15h。作为进一步优选技术方案，三元材料前驱体的制备方法包括：将镍盐、钴盐和锰盐的混合液、碱溶液以及络合剂混合搅拌进行反应，得到三元材料前驱体；优选地，镍盐、钴盐和锰盐的混合液的浓度为100～200g/L；碱溶液为0.5～6mol/L的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液；络合剂为1～8mol/L的氨水、铵盐或EDTA；优选地，反应条件包括：搅拌的速度为200～1000r/min，反应的温度为30～60℃、pH值为10～13；优选地，反应完成后，得到浆料，将浆料进行过滤、洗涤和烘干，得到三元材料前驱体；优选地，所述镍盐包括氯化镍、硫酸镍和硝酸镍中的一种或几种；所述钴盐包括氯化钴、硫酸钴和硝酸钴中的一种或几种；所述锰盐包括氯化锰、硫酸锰和硝酸锰中的一种或几种。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术提供一种镍钴锰三元材料，采用上述的制备方法制备得到。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术提供一种锂离子电池正极材料，将上述的制备方法制备的镍钴锰三元材料作为锂离子电池正极材料。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术还提供一种锂离子电池，具有所述的锂离子电池正极材料。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术还提供一种包含所述的锂离子电池的电子装置、电动工具、电动车辆或电力储存系统。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术提供了一种粒度可控的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法，采用将三元材料前驱体与锂源混合烧结、球磨、干燥和二次烧结的方式，降低了对生产三元材料前驱体过程中各种因素的条件要求，尤其是球磨、干燥造粒工序，可以在这两个工序步骤中调整镍钴锰锂粒度分布，与通过调整共沉降法制备过程中搅拌速度、以及溶液流速等因素控制前驱体粒度分布相比，粒度分布调整较容易实现。因而，该工艺很大程度上的降低了对生产前驱体过程中各因素的条件要求，并且镍钴锰酸锂粒径的一致性能影响镍钴锰三元材料的其他性能；克服了传统工艺中前驱体颗粒大小不均，造成镍钴锰三元材料循环性能下降等问题，有利于生产出高性能的镍钴锰酸锂三元材料。2、本专利技术方法不仅具有清洁、高效、低成本的优点，颗粒粒径容易控制，生产出的最终产品稳定性好，便于稳定生产；而且环境友好，操作简单，生产效率高，无需采用复杂的设备系统，适合工业化大规模生产。3、本专利技术制备得到的镍钴锰三元材料一致性好，粒度可控，且颗粒分布均匀，球形形貌好，该镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料使用。而且，将该锂离子电池正极材料应用到锂离子电池中，能够使得锂离子电池具有较高的能量密度，循环稳定性好，能够满足市场对高性能二次电池的使用要求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1提供的镍钴锰三元材料的SEM图(ScanningElectronMicroscope扫描电镜图)；图2为本专利技术对比例1提供的镍钴锰三元材料的SEM图(ScanningElectronMicroscope扫描电镜图)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将三元材料前驱体与锂源共混物的烧结产物依次进行球磨、干燥和二次烧结，得到镍钴锰三元材料。

【技术特征摘要】
1.一种镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将三元材料前驱体与锂源共混物的烧结产物依次进行球磨、干燥和二次烧结，得到镍钴锰三元材料。2.根据权利要求1所述的镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于，三元材料前驱体与锂源的摩尔比为1：(1.01～1.1)；优选地，烧结过程中，先以2℃/min～6℃/min的升温速率升至400℃～600℃，烧制4h～6h，再以2℃/min～6℃/min升温速率升至900℃～1000℃，烧制10h～15h；优选地，烧结气氛为氧气、空气或压缩空气中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于，所述球磨为干法球磨，优选为先采用搅拌磨进行预磨，再采用砂磨机进行细磨；优选地，预磨的时间为0.5h～10h，细磨的时间为0.1h～20h；或者，以电量计，预磨为0.1kwh/kg～20kwh/kg，细磨为0.5kwh/kg～20kwh/kg。4.根据权利要求1所述的镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于，干燥的方式为喷雾干燥，优选为离心喷雾干燥或压力喷雾干燥；优选地，采用离心喷雾干燥机进行喷雾干燥，雾化器的转速为5000rpm～30000rpm；优选地，采用压力喷雾干燥机进行喷雾干燥，雾化压力为0.05MPa～0.75MPa；优选地，喷雾干燥的进风温度为100℃～350℃，出风温度为80℃～120℃。5.根据权利要求1所述的镍钴锰三元材料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：付笑哲，马书良，武雪峰，成信刚，
申请(专利权)人：北方奥钛纳米技术有限公司，银隆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13