一种三元正极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种三元正极材料的制备方法，包括将前驱体混料的同时使用将研磨介质喷入高速混料机中混合厚烘干；将烘干回收的气体通过冷凝以及过滤设备回收入研磨介质罐中；烘干后的前驱体经高温烧结获得三元正极材料；将三元正极材料与LiX、Li2O与LiX混合物、LiX与LiOH混合物中至少一种包覆原料混合并烘干，获得包覆原材料；将包覆原材料煅烧获得Li2OHX包覆高镍三元材料。本发明专利技术首次提出以高沸点有机体系溶液为媒介混合制得三元正极材料原料，以弥化喷雾的方式加入研磨介质，混料加有机体系回收循环利用系统，以Li2OHX对高镍三元材料进行包覆，从锂源补充的角度提高电池的首效及循环性能，且不降低材料的克容量。且不降低材料的克容量。且不降低材料的克容量。

【技术实现步骤摘要】
一种三元正极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种三元正极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池已逐渐成为二次电池的主流产品，相较于镍镉、铅酸电池而言，锂离子电池具有比容量高、循环性能好以及环境污染小的优势，更符合人们在日常生活中对能量小型化的需求，也符合清洁能源电池的理念。因此，从日用小家电，到储能、汽车等大型用电领域，都在逐渐向锂离子电池切换。
[0003]正极材料是锂离子电池的重要组成部分，其性能直接决定着锂离子电池的性能。最早商业化的锂离子电池是钴酸锂电池，但是由于钴资源稀缺，属于战略储备资源，价格昂贵，已经逐渐被其他更具有优势的正极材料所替代。发展至今，日常生活中常用的正极材料主要是磷酸铁锂正极材料(LiFePO4)和镍钴锰三元材料(LixNiyCozMn(1
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z)O2)。磷酸铁锂材料是橄榄石结构，成本低廉，理论克容量为173mAh/g，实际商业化材料的克容量在160mAh/g左右，平台电压在3.2V，安全性好。然而，由于尖晶石结构的特点，离子嵌入和脱出通道为一维通道，导致其低温倍率性能较差，同时由于其比能量天花板较低，平台电压较低，在一些对比能量要求较高的领域(比如在电动车)便稍显逊色。而三元材料正好具有高比能量的特性。目前，商业化的三元材料比能量达到200mAh/g以上，不同的Ni、Co、Mn的比例造就不同容量、不同性能的三元电池材料，常见的配比有111、424、523、622、811。随着合成技术的发展，又出现低钴甚至无钴三元材料、单晶三元材料，获得性能更加突出，成本更加低廉的材料，同时通过不同的掺杂方法来提高电池材料稳定性。
[0004]现有锂电池三元正极材料通常的合成方法是将锂源、镍源、锰源、钴源以及其他掺杂元素以一定比例混合后，采用干法或者以水、乙醇、丙酮作为混合媒介进行球磨混合后烘干作为前驱体，再进行一次到两次高温煅烧获得。干法混合存在混合均匀度较低，尤其会出现掺杂元素的均匀性问题。而以水作为媒介时，由于水的烘干难度较大，增加烘干时间和成本，以乙醇、丙酮作为媒介时由于其挥发性强，会与空气形成爆炸蒸气，存在发生爆炸的危险，尤其随着镍含量的增加，需要向烧结炉中充入氧化性气体，更加提高了爆炸的风险。
[0005]另外，当三元材料中镍元素含量增加，材料的单位质量容量也同步提升。因此，为了提高电动汽车的续航里程，高镍三元材料被普遍认为是动力电池中正极材料的首选。但是，高镍三元材料的循环寿命随着Ni含量的增加而降低。使用高镍三元材料的电动汽车电池系统的寿命也将随之降低。为了提升材料的循环寿命，人们通常采用氧化物包覆等方式，如Al2O3，ZrO，MnO2，MgO等。
[0006]现有技术公开了一种球形锂镍钴复合氧化物正极材料的制备方法，包括采用先将锂、镍、钴、掺杂元素进行湿法磨料，然后经喷雾干燥得到了球形化良好的前驱体，再在氧气氛下烧结得到球形锂镍钴复合氧化物正极材料，该正极材料的化学组成符合通式LixNi1
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zCoyMzO2，式中：M选自Al、Mg和Mn元素中的至少一种，1.0≤x≤1.1，0.1≤y≤0.4，0≤z≤0.3。前驱体的制备使用纯水、乙醇或丙酮作为研磨介质，包覆层采用Al、Mg和Mn。
[0007]现有技术还公开了一种氧化铝复合镍钴锰酸锂三元材料的制备方法，包括：配制溶液A；配制溶液B；安装配置反应烧瓶；溶液A、B并加入反应烧瓶，参与混合反应；配制溶液C，加入烧瓶反应；抽滤、洗涤及烘干获取前驱体；前驱体与锂源混合煅烧，制取氧化铝复合镍钴锰酸锂三元正极材料。本方法采用乙醇或丙酮作为为混合介质制备正极材料，包覆材料为氧化铝。
[0008]现有技术还公开了一种锂离子电池正极材料湿法包覆铝的制备方法，包括以下步骤：制备前驱体并配制成一定固含量的浆液；将事先溶解有异丙醇铝的异丙醇溶液按照一定的速度滴加到前躯体浆液中，控制适当的滴加速度，温度，搅拌速度；滴加完毕后，陈化一定的时间，过滤，洗涤，干燥，得到包覆铝的镍钴锰前躯体；将包覆铝的前驱体与锂盐混合均匀，经过高温处理一定的时间，冷却，粉碎，即得到湿法包覆异丙醇铝的锂离子电池正极材料。该专利技术的湿法混合采用的媒介是水媒介，并且包覆层为Al。
[0009]然而，上述氧化物材料是不具有任何电化学活性的物质，在提高了高镍三元材料循环寿命时也降低了其质量容量。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的就在于首次提供一种三元正极材料的制备方法，以解决在保持电池能量密度的同时提高其循环寿命的问题。本方法可以在充放电过程使正极材料释放更多锂离子，提高电池体系锂离子浓度，从而实现提高其循环寿命的目的。
[0011]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0012]一种三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]A、将前驱体置入高速混料机中，在混料的同时使用喷雾弥化器将研磨介质罐中的研磨介质喷入高速混料机中，所述研磨介质为正壬烷、异壬烷、液态石蜡溶液中的一种；所述前驱体包括锂源、镍源、锰源或钴源；
[0014]B、混料结束后将混合好的材料烘干；
[0015]C、将烘干回收的气体通过冷凝以及过滤设备回收入研磨介质罐中，再次作为研磨介质重复使用；
[0016]D、将烘干后的前驱体经过高温烧结后获得三元正极材料；
[0017]E、将步骤D所制三元正极材料与LiX、Li2O与LiX混合物、LiX与LiOH混合物中的一种或者多种包覆原料在研磨介质中混合，所述X为卤素，研磨介质为正壬烷、异壬烷、液态石蜡中的一种；混合完成后烘干，获得包覆原材料；
[0018]F、将步骤E所述包覆原材料置入窑炉中煅烧，烧结后便获得Li2OHX包覆高镍三元材料。
[0019]进一步地，步骤A，所述锂源包括锂的醋酸盐、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐以及氯化锂或氢氧化锂。
[0020]进一步地，步骤A，所述镍源、锰源、钴源为下列的一种或多种，镍、锰或钴元素的硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐、氢氧化物、氯化物、氧化物，以及其中两种元素或者三种元素的氧化共聚物。
[0021]进一步地，步骤A，所述研磨介质体积为前驱体体积的0.3～0.6倍。
[0022]进一步地，步骤B，所述烘干温度为100℃～130℃，烘干时间在5～30min之间。
[0023]进一步地，步骤D，所述烧结温度为650～850℃。
[0024]进一步地，步骤E，所述Li2O与LiX的摩尔比为1:2，LiX与LiOH的摩尔比为1：1，X为Cl、Br或I。
[0025]进一步地，步骤E，所述包覆原料的摩尔数为高镍三元材料的摩尔数的0.1％～5％。
[0026]进一步地，步骤E，所述烘干温度为100℃～130℃，时间为5～30min。
[0027]进一步地，步骤F，所述煅烧温度为250℃～400℃，时间为5～10小时。
[0028]与现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将前驱体置入高速混料机中，在混料的同时使用喷雾弥化器将研磨介质罐中的研磨介质喷入高速混料机中，所述研磨介质为正壬烷、异壬烷、液态石蜡溶液中的一种；所述前驱体包括锂源、镍源、锰源或钴源；B、混料结束后将混合好的材料烘干；C、将烘干回收的气体通过冷凝以及过滤设备回收入研磨介质罐中，再次作为研磨介质重复使用；D、将烘干后的前驱体经过高温烧结后获得三元正极材料；E、将步骤D所制三元正极材料与LiX、Li2O与LiX混合物、LiX与LiOH混合物中的一种或者多种包覆原料在研磨介质中混合，所述X为卤素，研磨介质为正壬烷、异壬烷、液态石蜡中的一种；混合完成后烘干，获得包覆原材料；F、将步骤E所述包覆原材料置入窑炉中煅烧，烧结后便获得Li2OHX包覆高镍三元材料。2.根据权利要求1所述的一种三元正极材料的制备方法，其特征在于：步骤A，所述锂源包括锂的醋酸盐、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐以及氯化锂或氢氧化锂。3.根据权利要求1所述的一种三元正极材料的制备方法，其特征在于：步骤A，所述镍源、锰源、钴源为下列的一种或多种，镍、锰或钴元素的硫酸盐、硝酸盐、碳酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：别晓非，陈慧明，胡景博，闫晟睿，赵光宇，翟喜民，姜涛，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：