一种制备镍钴锰酸锂单晶三元材料的方法技术

本发明专利技术涉及三元正极材料领域，公开了一种制备镍钴锰酸锂单晶三元材料的方法，该方法包括以下步骤:(1)将前驱体(Ni

A method of preparing nickel cobalt lithium manganate single crystal ternary materials

The invention relates to the field of ternary anode materials, and discloses a method for preparing nickel cobalt lithium manganate single crystal ternary materials. The method comprises the following steps: (1) adding the precursor (Ni

【技术实现步骤摘要】
一种制备镍钴锰酸锂单晶三元材料的方法
本专利技术涉及三元正极材料领域，具体涉及一种制备镍钴锰酸锂单晶三元材料的方法。
技术介绍
三元正极材料是锂离子电池中常用的一类正极材料，目前三元正极材料主流有两个方向，分别是高容量材料方向和高电压材料方向。高容量材料一般指高镍材料，高镍材料具有以下缺陷：1、Li+/Ni2+离子混排严重，材料中的镍含量越高，越容易产生阳离子混排效应；2、高镍材料一般具有很高的残碱，过高的残碱一方面会导致与电解液发生反应而产气，另一方面需要通过水洗来降低残碱量；3、高镍材料的循环性能较差；4、高镍材料的高温性能较差；5、在高电压条件下，高镍材料出现相变即从层状结构到尖晶石结构的时间明显比单晶材料早。因此，现阶段较多材料开发人员将三元材料的研究方向转向单晶材料。相比于多晶材料，单晶材料具有更长的循环寿命、更好的高温循环性能以及高电压条件下更稳定的结构。CN108933247A公开了一种简易制备AZO包覆523单晶镍钴锰三元正极材料的方法及产品，该方法采用湿法球磨结合固相烧结包覆工艺，制得的材料混料均匀、包覆均匀，使用该材料制作的扣式电池在3.0-4.3V测试电压下，0.1C首次放电比容量145mAh/g，1C循环100圈放电比容量为142mAh/g，容量保持率97.9％，该523单晶三元材料的电化学性能尚有很大的提升空间。并且，该技术方案采用球磨混料工艺，操作稍复杂，无法避免球磨珠的分离操作；其次采用三段烧结曲线工艺，且得到烧结料之后进行了洗涤、真空干燥等操作，工艺流程繁琐不利于工业化应用，并且单晶材料烧结温度高、残碱低，不适合烧结料直接进行水洗，以防止表面锂的过度流失。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的制备工艺复杂、不易于工业化生产、电化学性能较差以及循环性能较差的问题，提供一种制备镍钴锰酸锂单晶三元材料的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种制备镍钴锰酸锂单晶三元材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将前驱体(Ni0.5Co0.2Mn0.3)OH与电池级碳酸锂按照Li：Ni0.5Co0.2Mn0.3＝(1+x):1的摩尔配比进行混合，0.04≤x≤0.08，并加入锆的化合物，使得到的混合料中锆的质量含量为混合料总质量的0.1-0.25％；(2)将步骤(1)所得混合料进行干法混料；(3)将步骤(2)所得混合料进行焙烧，得到料块；(4)将步骤(3)所得料块依次进行旋轮磨、气流磨和过筛；其中，所述电池级碳酸锂的平均粒度D50为10-12μm。优选地，在步骤(1)中，所述前驱体(Ni0.5Co0.2Mn0.3)OH的形貌为球形或类球形结构，平均粒度D50范围为3-5μm。优选地，在步骤(1)中，0.05≤x≤0.07。优选地，在步骤(1)中，所述锆的化合物尺寸为纳米级，所述锆的化合物为氧化锆。优选地，步骤(1)中所得混合料中锆的质量含量为混合料总质量的0.15-0.2％。优选地，在步骤(2)中，所述干法混料在VC混合机中进行，混合时间为20-60min。优选地，所述VC混合机的转速为150-800rpm。优选地，在步骤(3)中，所述焙烧的温度为940-970℃，时间为6-18h。进一步优选地，所述焙烧的温度为950-960℃，时间为10-14h。优选地，在步骤(3)中，焙烧完成后，自然冷却至100-200℃时进行出料。优选地，在步骤(4)中，所述过筛的筛网目数为325目。在本专利技术所述的制备镍钴锰酸锂单晶三元材料的方法中，使用平均粒度D50为10-12μm的碳酸锂，控制前驱体(Ni0.5Co0.2Mn0.3)OH与电池级碳酸锂按照Li：Ni0.5Co0.2Mn0.3＝(1+x):1的摩尔配比混合，0.04≤x≤0.08，并且加入锆的化合物后控制混合料中锆的质量含量为混合料总质量的0.1-0.25％，在相同的烧结工艺下，容易生成大颗粒单晶，形貌较易控制，且重现性好；并且制备工艺简单、易于工业化生产应用；得到的镍钴锰酸锂单晶三元材料电化学性能优、材料性能稳定以及循环性能好。附图说明图1是实施例1制得材料A1的SEM图；图2是对比例1制得材料D1的SEM图；图3是对比例2制得材料D2的SEM图；图4是对比例3制得材料D3的SEM图；图5是实施例1制得材料A1的XRD图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供了一种制备镍钴锰酸锂单晶三元材料的方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)将前驱体(Ni0.5Co0.2Mn0.3)OH与电池级碳酸锂按照Li：Ni0.5Co0.2Mn0.3＝(1+x):1的摩尔配比进行混合，0.04≤x≤0.08，并加入锆的化合物，使得到的混合料中锆的质量含量为混合料总质量的0.1-0.25％；(2)将步骤(1)所得混合料进行干法混料；(3)将步骤(2)所得混合料进行焙烧，得到料块；(4)将步骤(3)所得料块依次进行旋轮磨、气流磨和过筛；其中，所述电池级碳酸锂的平均粒度D50为10-12μm。本专利技术通过调整碳酸锂的粒度，进行固相烧结反应制得镍钴锰酸锂单晶三元材料，使得镍钴锰酸锂单晶三元材料一次颗粒变大，大部分一次颗粒在1.5-2.5μm之间，最小颗粒约0.9μm，最大颗粒约5μm。使用的碳酸锂粒度越大，混合料的松装密度和振实密度越大，烧结的接触面积越大，烧结更充分，锂离子的扩散路径更短，一次颗粒更容易长大。在本专利技术中，在步骤(1)中，对于所述前驱体(Ni0.5Co0.2Mn0.3)OH的形貌没有特别的限制，可以为本领域的常规选择。在具体的实施方式中，所述前驱体(Ni0.5Co0.2Mn0.3)OH的形貌可以为球形或类球形结构。在本专利技术中，在步骤(1)中，所述前驱体(Ni0.5Co0.2Mn0.3)OH的平均粒度D50范围可以为3-5μm。在本文中，所述平均粒度D50是指使用D50来表示平均粒度，D50是指一个样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径，它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50％，小于它的颗粒也占50％。在本文中，所述电池级碳酸锂是指各项参数符合《中华人民共和国有色金属行业标准YS/T582-2013电池级碳酸锂》的碳酸锂。优选地，在步骤(1)中，0.05≤x≤0.07。优选地，在步骤(1)中，所述锆的化合物尺寸为纳米级。在具体的实施方式中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备镍钴锰酸锂单晶三元材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n(1)将前驱体(Ni

【技术特征摘要】
1.一种制备镍钴锰酸锂单晶三元材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将前驱体(Ni0.5Co0.2Mn0.3)OH与电池级碳酸锂按照Li：Ni0.5Co0.2Mn0.3＝(1+x):1的摩尔配比进行混合，0.04≤x≤0.08，并加入锆的化合物，使得到的混合料中锆的质量含量为混合料总质量的0.1-0.25％；
(2)将步骤(1)所得混合料进行干法混料；
(3)将步骤(2)所得混合料进行焙烧，得到料块；
(4)将步骤(3)所得料块依次进行旋轮磨、气流磨和过筛；
其中，所述电池级碳酸锂的平均粒度D50为10-12μm。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述前驱体(Ni0.5Co0.2Mn0.3)OH的形貌为球形或类球形结构，平均粒度D50范围为3-5μm。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，0.05≤x≤0.07。


4.根据权利要求1所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：何雅，孙杰，汪杰，石浪，
申请(专利权)人：湖北融通高科先进材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42