一种锂离子电池高镍三元材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池高镍三元材料的制备方法，首先根据将连续共沉淀法制备的高镍三元氢氧化物前驱体与微粉氢氧化锂混合烧结制备得到高镍三元材料，然后将高镍三元材料根据尺寸大小进行分级，分级后的两级材料分别进行离心脱水、真空干燥、干法包覆纳米氧化物、二次烧结和粉碎除磁，最后将两级材料进行充分混合即得到锂离子电池高镍三元材料。本发明专利技术通过对高镍三元材料进行分级，然后再对分级后的大小颗粒分别进行水洗和包覆，然后再将改性后的高镍三元材料进行混合，从而消除了不同粒径的高镍三元材料在水洗和包覆过程的差异。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池高镍三元材料的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池制造领域，具体是一种锂离子电池高镍三元材料的制备方法。
技术介绍
因具有较高的工作电压、能量密度、长寿命和对环境友好等特点，锂离子电池已经成为新一代电动汽车、电动工具及电子产品的动力电源，目前已经广泛应用于能源、交通、通讯等不同的领域之中。2015年末，在科技部下发的“十三五”新能源汽车试点专项项目中，要求到2020年，我国锂离子动力电池的单体比能量将会达到300Wh/kg，甚至可以达到350Wh/kg。三元材料，尤其是高镍三元材料是当下研究的热点，由于其容量高、循环性能优异从而得到了广泛应用。目前三元材料前驱体的制备方法为连续共沉淀法，该方法制备的前驱体粒度分布较宽。对于高镍材料（Ni≥80%）来说，其本身的循环稳定性较差。在Ni含量相同的情况下，小球的循环性能较大球差，这会造成循环性能的不匹配从而使得循环稳定性进一步恶化。除此之外，高镍材料表面残碱较高，这导致材料的加工性能和存储性能非常差，同时，电池的高温性能也较差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种锂离子电池高镍三元材料的制备方法，通过对高镍三元材料进行分级，然后再对分级后的大小颗粒分别进行水洗和包覆，然后再将改性后的高镍三元材料进行混合，从而消除了不同粒径的高镍三元材料在水洗和包覆过程的差异。本专利技术的技术方案为：一种锂离子电池高镍三元材料的制备方法，具体包括有以下步骤：（1）、将连续共沉淀法制备的高镍三元氢氧化物前驱体与微粉氢氧化锂混合烧结制备得到高镍三元材料，然后对制备得到的高镍三元材料进行粉碎分级，分成大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料，所述的大尺寸高镍三元材料的中值粒径与小尺寸高镍三元材料的中值粒径相差3-15um；（2）、将大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料均进行搅拌水洗，水洗后的大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料均经过离心脱水后进行真空干燥，干燥后的大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料分别进行干法包覆纳米氧化物，包覆后的大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料分别进行二次烧结；（3）、将二烧后的大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料分别进行粉碎除磁，然后将大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料进行充分混合即得到锂离子电池高镍三元材料。所述的步骤（1）中，高镍三元氢氧化物前驱体的组成为NixCoyMn(1-x-y)(OH)2，制备得到的高镍三元材料的组成为LiNixCoyMn(1-x-y)O2，其中，0.80≤x<1，0<y≤0.15。所述的步骤（1）中，高镍三元氢氧化物前驱体的中值粒径为8-15um，微粉氢氧化锂的中值粒径为6-20um。所述的步骤（1）中，高镍三元氢氧化物前驱体与微粉氢氧化锂混合烧结的温度为700-800℃。所述的步骤（2）中，搅拌水洗所用的水和高镍三元材料的质量比为1-3:1。所述的步骤（2）中，大尺寸高镍三元材料的水洗时间为5-30min，小尺寸高镍三元材料的水洗时间比大尺寸高镍三元材料的水洗时间短1-20min。所述的步骤（2）中，干法包覆纳米氧化物时采用的纳米氧化物为氧化铝、氧化锆、氧化镁、三氧化钨和二氧化钛中的一种或者多种混合，所述的纳米氧化物的一次粒径为10-100nm。所述的步骤（2）中，小尺寸高镍三元材料进行干法包覆纳米氧化物时的包覆量为0.1%-0.5%wt，大尺寸高镍三元材料的包覆量与小尺寸高镍三元材料的包覆量之比等于大尺寸高镍三元材料与小尺寸高镍三元材料的比表面积之比。所述的步骤（2）中，大尺寸高镍三元材料二次烧结的温度为650-750℃，小尺寸高镍三元材料二次烧结的温度比大尺寸高镍三元材料二次烧结的温度低10-150℃。所述的步骤（3）中，大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料进行粉碎除磁和充分混合时，环境的相对湿度小于10%。本专利技术的优点：（1）、本专利技术将高镍三元材料分级后进行改性，这种改性针对大小尺寸的特点进行，更具有针对性，改性效果更优；（2）、本专利技术对大小尺寸的高镍三元材料进行单独水洗改性，根据大小尺寸的高镍三元材对水分的敏感性不同来确定洗涤时间，进一步降低了水洗对高镍三元材料产生的不良影响；（3）、本专利技术对大小尺寸的高镍三元材料进行单独包覆和二次烧结，根据大小尺寸高镍三元材料的比表面积确定包覆量，这样可以更加有效的对高镍三元材料表面进行精准包覆，避免包覆物过多或者过少对性能造成的影响；（4）、本专利技术的高镍三元氢氧化物前驱体采用连续共沉淀法制备得到，保证高镍三元氢氧化物前驱体成本低，压实密度高；（5）、本专利技术仅通过一次分级对高镍三元材料进行针对性改性，方法简单，易于产业化。附图说明图1是本专利技术对比例未分级改性前的高镍三元材料、对比例分级改性后制得的高镍三元材料及实施例1分级改性后制得的高镍三元材料的容量和循环图。图2是本专利技术对比例未分级改性前的高镍三元材料的SEM图。图3是本专利技术对比例分级改性后制得的高镍三元材料的SEM图。图4是本专利技术实施例1分级改性后制得的高镍三元材料的SEM图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。对比例1一种锂离子电池高镍三元材料的制备方法，具体包括有以下步骤：（1）、将D50（中值粒径）为10um的前驱体Ni0.85Co0.1Mn0.05(OH)2混合D50为7um的氢氧化锂在770℃烧结，烧结后的LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2材料进行粉碎；（2）、粉碎后的LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2材料进行搅拌水洗，水料比为1:1，水洗时间为10min，水洗后的LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2材料离心脱水后进行真空干燥，干燥后进行干法包覆纳米ZrO2，纳米ZrO2的一次粒径为30nm，LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2材料的比表面积为0.4m2/g，包覆量为0.1%wt，包覆完成后进行二次烧结，二次烧结的温度为700℃，烧结时间为5h，烧结后自然冷却至室温得到最终的高镍三元材料。实施例1（1）、将连续共沉淀法制备的D50为10um的高镍三元氢氧化物前驱体Ni0.85Co0.1Mn0.05(OH)2与D50为7um的微粉氢氧化锂在770℃混合烧结后得到LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2材料，然后对LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2材料进行粉碎分级，分成大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料，大尺寸高镍三元材料的D50与小尺寸高镍三元材料的D50相差10-11um；（2）、将大尺寸LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2材料和小尺寸LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2材料均进行搅拌水洗，水料比为1:1，小尺寸LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2材料水洗的时间为10分钟，大尺寸LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2材料的水洗时间为15分钟，水洗后的大、小尺寸LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2材料均经过离心脱水后进行真空干燥，干燥后分别进行干法包覆纳米ZrO2，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池高镍三元材料的制备方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：（1）、将连续共沉淀法制备的高镍三元氢氧化物前驱体与微粉氢氧化锂混合烧结制备得到高镍三元材料，然后对制备得到的高镍三元材料进行粉碎分级，分成大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料，所述的大尺寸高镍三元材料的中值粒径与小尺寸高镍三元材料的中值粒径相差3‑15um；（2）、将大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料均进行搅拌水洗，水洗后的大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料均经过离心脱水后进行真空干燥，干燥后的大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料分别进行干法包覆纳米氧化物，包覆后的大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料分别进行二次烧结；（3）、将二烧后的大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料分别进行粉碎除磁，然后将大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料进行充分混合即得到锂离子电池高镍三元材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池高镍三元材料的制备方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：（1）、将连续共沉淀法制备的高镍三元氢氧化物前驱体与微粉氢氧化锂混合烧结制备得到高镍三元材料，然后对制备得到的高镍三元材料进行粉碎分级，分成大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料，所述的大尺寸高镍三元材料的中值粒径与小尺寸高镍三元材料的中值粒径相差3-15um；（2）、将大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料均进行搅拌水洗，水洗后的大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料均经过离心脱水后进行真空干燥，干燥后的大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料分别进行干法包覆纳米氧化物，包覆后的大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料分别进行二次烧结；（3）、将二烧后的大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料分别进行粉碎除磁，然后将大尺寸高镍三元材料和小尺寸高镍三元材料进行充分混合即得到锂离子电池高镍三元材料。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池高镍三元材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中，高镍三元氢氧化物前驱体的组成为NixCoyMn(1-x-y)(OH)2，制备得到的高镍三元材料的组成为LiNixCoyMn(1-x-y)O2，其中，0.80≤x<1，0<y≤0.15。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池高镍三元材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中，高镍三元氢氧化物前驱体的中值粒径为8-15um，微粉氢氧化锂的中值粒径为6-20um。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池高镍三元材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中，高镍三元氢氧化物前...

【专利技术属性】
技术研发人员：高玉仙，李道聪，陈厚梅，陈方，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34