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锂离子电池正极三元材料领域，具体涉及一种制备镍钴锰酸锂单晶三元材料的方法。该方法包括以下步骤：(1)将前驱体与单水氢氧化锂按照Li：(Ni

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

【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
本专利技术涉及锂离子电池正极三元材料领域，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
目前，动力电池等多个项目被列为鼓励类项目，其中包括能量密度高于300Wh/kg，循环寿命≥1800次的高安全性能量型动力电池单体项目。现阶段商用的正极材料中能量密度能够高于300Wh/kg的主流认知是镍钴锰三元材料。三元材料实现这一目标主要有两个方向：一是通过提高镍的含量提高电池容量；二是通过制备单晶材料提高使用电压来实现。镍钴锰酸锂(Li(Ni0.65Co0.15Mn0.2)O2)单晶材料就是一类比较新颖的三元材料，它不仅镍含量较高、成本低，而且使用电压较高。与传统的Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2材料对比，Li(Ni0.65Co0.15Mn0.2)O2单晶材料有一定的缺陷：1、Ni含量高造成材料Li/Ni混排加重，钴含量低不利于材料保持层状结构，这对材料的循环性造成了不良的影响；2、从掺杂的角度考虑，以Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2为基准，Li(Ni0.65Co0.15Mn0.2)O2是0.05份Ni元素掺杂到Co元素位置，这样会导致材料晶胞结构轻微变形，不利于材料的电化学性能；3、制备单晶材料需要较高的温度，低温度合成的材料形貌还是团聚体形貌，高温度下强氧化性Ni3+易还原为Ni2+，会造成Li/Ni混排问题。
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镍钴锰酸锂单晶材料的Li/Ni混排程度高，电化学性能差的问题，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，该方法包括以下步骤：(1)将前驱体(Ni0.65Co0.15Mn0.2)(OH)2与单水氢氧化锂按照Li：(Ni0.65Co0.15Mn0.2)＝(1+x):1的摩尔比进行混合，其中0.04≤x≤0.08，并加入锆的化合物和助熔剂，得到混合料，控制得到的混合料中锆的重量为所述前驱体的0.05-0.3重量％，助熔剂的用量为所述前驱体的0.05-0.2重量％；(2)将步骤(1)所得混合料依次进行干法混料和煅烧，得到单晶Li(Ni0.65Co0.15Mn0.2)O2料块；(3)将步骤(2)所得料块依次进行粗破、气流粉碎和过筛；其中，所述单水氢氧化锂的平均粒度D50为5-10μm。优选地，在步骤(1)中，控制得到的混合料中锆的重量为所述前驱体的0.05-0.2重量％，助熔剂的用量为所述前驱体的0.05-0.15重量％。优选地，在步骤(1)中，所述前驱体(Ni0.65Co0.15Mn0.2)(OH)2的形貌为椭球形或类球形。进一步优选地，所述前驱体(Ni0.65Co0.15Mn0.2)(OH)2的平均粒度D50为3-5μm。进一步优选地，所述前驱体(Ni0.65Co0.15Mn0.2)(OH)2的比表面积为8-12m2/g。优选地，在步骤(1)中，0.05≤x≤0.07。优选地，在步骤(1)中，所述锆的化合物为氧化锆，所述助熔剂选自氧化钙、氧化锶、氧化钡、氧化钼和硼酸中的至少一种。进一步优选地，所述锆的化合物的尺寸为1-100nm。进一步优选地，所述助熔剂的尺寸为1-100nm。优选地，在步骤(2)中，所述干法混料在高速混合机中进行。进一步优选地，所述干法混料的时间为10-30min。进一步优选地，所述高速混合机的转速为600-1000rpm。优选地，在步骤(2)中，所述煅烧的条件包括：温度为890-940℃，升温速率为1-5℃/min，保温时间为8-16h，氧气浓度为60-100体积％。优选地，在步骤(3)中，所述粗破在颚式破碎机和对锟破碎机中进行。进一步优选地，所述颚式破碎机中颚破动定颚间隙为3-6mm。进一步优选地，所述对锟破碎机中对辊夹缝间距为0.5-2mm。优选地，在步骤(3)中，所述气流粉碎的条件包括：进气压力为0.3-0.6MPa，分级频率为80-150Hz，引风频率为30-50Hz。优选地，所述镍钴锰酸锂单晶三元材料的平均粒径D50为3-5um，比表面积为0.5-1.5m2/g。按照本专利技术所述的方法进行制备，容易生成Li/Ni混排程度较低、单晶形貌突出的Li(Ni0.65Co0.15Mn0.2)O2颗粒；并且制备工艺简单、重现性好、形貌容易控制，易于大规模工业化生产应用；同时得到的Li(Ni0.65Co0.15Mn0.2)O2镍钴锰酸锂单晶三元材料结晶度高、材料性能稳定以及循环性能优良。附图说明图1是实施例1制得的材料S1的SEM图；图2是对比例1制得的材料D1的SEM图；图3是对比例2制得的材料D2的SEM图；图4是实施例1-2和对比例1-2制得的材料的XRD图；图5为实施例1-3和对比例1-2制得材料装配的电池1C循环50圈后的放电比容量和容量保持率的结果图。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，该方法包括以下步骤：(1)将前驱体(Ni0.65Co0.15Mn0.2)(OH)2与单水氢氧化锂按照Li：(Ni0.65Co0.15Mn0.2)＝(1+x):1的摩尔比进行混合，其中0.04≤x≤0.08，并加入锆的化合物和助熔剂，得到混合料，控制得到的混合料中锆的重量为所述前驱体的0.05-0.3重量％，助熔剂的用量为所述前驱体的0.05-0.2重量％；(2)将步骤(1)所得混合料依次进行干法混料和煅烧，得到单晶Li(Ni0.65Co0.15Mn0.2)O2料块；(3)将步骤(2)所得料块依次进行粗破、气流粉碎和过筛；其中，所述单水氢氧化锂的平均粒度D50为5-10μm。在本专利技术所述的方法中，对于所述单水氢氧化锂的选择没有特殊的要求，可以为本领域的常规选择。在具体的实施方式中，所述单水氢氧化锂为电池级单水氢氧化锂。所述电池级单水氢氧化锂是指性能参数满足国家标准GB/T26008-2010的单水氢氧化锂。在本专利技术所述的方法中，所述平均粒度D50是指样品中粒径大于它的颗粒占50％，小于它的颗粒也占50％。在优选情况下，所述单水氢氧化锂的平均粒度D50为6-8μm。在本专利技术所述的方法中，在优选情况下，在步骤(1)中，控制得到的混合料中锆的重量为所述前驱体的0..05-0.2重本文档来自技高网...

【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(Ni0.65Co0.15Mn0.2)(OH)2与单水氢氧化锂按照Li：(Ni0.65Co0.15Mn0.2)＝(1+x):1的摩尔比进行混合，其中0.04≤x≤0.08，并加入锆的化合物和助熔剂，得到混合料，控制得到的混合料中锆的重量为所述前驱体的0.05-0.3重量％，助熔剂的用量为所述前驱体的0.05-0.2重量％；
(2)将步骤(1)所得混合料依次进行干法混料和煅烧，得到单晶Li(Ni0.65Co0.15Mn0.2)O2料块；
(3)将步骤(2)所得料块依次进行粗破、气流粉碎和过筛；
其中，所述单水氢氧化锂的平均粒度D50为5-10μm。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，控制得到的混合料中锆的重量为所述前驱体的0.05-0.2重量％，助熔剂的用量为所述前驱体的0.05-0.15重量％。


3.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(Ni0.65Co0.15Mn0.2)(OH)2的形貌为椭球形或类球形；
优选地，所述前驱体(Ni0.65Co0.15Mn0.2)(OH)2的平均粒度D50为3-5μm；
优选地，所述前驱体(Ni0.65Co0.15Mn0.2)(OH)2的比表面积为8-12m2/g。


4.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...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝长旺，孙杰，石浪，汪杰，
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