一种用于高性能锂电正极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于高电压锂电正极材料的制备方法，属于锂离子电池正极材料的制备技术领域。该方法包括以下步骤：将大、小两种不同颗粒粒度的纳米硅酸镁锂包覆的钴酸锂和掺杂F

【技术实现步骤摘要】
一种用于高性能锂电正极材料的制备方法


[0001]本专利技术属锂离子电池正极材料
，具体涉及一种可提高材料充放电截止电压、放电比容量的锂离子电池正极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着各类电子产品的不断发展，对锂离子电池的性能(如能量密度、倍率性能、循环寿命、安全性能等)提出了更高的要求。对正极材料而言，放电比容量、电压平台、压实密度等是影响能量密度的关键因素。钴酸锂材料，由于其放电容量高、放电平台电压高等优势，成为了3C产品用锂离子电池的首选正极材料。目前已经发展较为成熟，被市场广泛应用的锂电池正极材料常规钴酸锂占据了大部分的市场份额，但是钴昂贵的价格，局限的比容量，以及较低的安全性能限制了它的发展。提高工作电压，是钴酸锂正极材料继续向前发展的主要途径，4.5V及更高电压下使用的钴酸锂材料被认为是下一阶段量产的高电压正极材料。通过以下两个方面共同的改善才能提升钴酸锂材料在高电压下的性能，一方面在于进一步提高钴酸锂材料自身的结构稳定性，另一方面要减弱钴酸锂与电解液在高电压充电状态下的反应活性。大粒径的钴酸锂在高电压状态下具有比较稳定的结构，具有高电压的优势，是目前国内正极材料厂家研究的热点。
[0003]三元材料是高电压正极材料开发的另一个战场。与钴酸锂材料相比，三元材料在成分组成上显得更为灵活、多变，在比容量方面也具有天然优势。钴酸锂在4.30V下0.2C放电比容量典型值约为160mAh/g，而4.25V下NCM523镍钴锰酸锂0.2C放电比容量典型值约为163mAh/g，MCM622镍钴锰酸锂在175mAh/g以上。因此，无论是从成本还是应用角度，三元材料的高电压化似乎有着更为广阔的空间。但是，目前通用的三元材料，其微观形貌多是由亚微米一次晶粒团聚而成的二次球形颗粒，一次晶粒之间存在很多缝隙，压实密度只有3.3～3.5g/cm3。通过改善三元材料的晶粒和颗粒结构来提高压实密度，是未来三元材料发展的趋势，把目前团聚类球形的三元材料制备成类似钴酸锂的单晶三元正极材料，有效的提高压实密度，可以达到3.8g/cm3以上。在球形大颗粒钴酸锂的间隙填充小颗粒的单晶三元正极材料可以有效地利用空间，以此提高压实密度。
[0004]综上所述，结合钴酸锂和单晶三元正极材料的高电压和高压实密度优势，可以满足3C产品对锂离子电池能量密度的高要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是向本领域公开一种用于高性能锂电正极材料的制备方法，本方法可以大幅度提供产品能量密度，并且该产品工艺简单，操作方便，容易实现工业化生产，而且生产过程无污染，环境友好。根据本方法制得的产品具有高能量密度、高安全性、低成本的综合优良性能。
[0006]一种用于高性能锂电正极材料的制备方法，主要包括以下步骤：
[0007](1)钴酸锂材料的制备
[0008]按一定比例充分混合Co3O4和锂盐，混合料800～1100℃条件下烧结10～25h，破碎、筛分得到17μm≤D
50
≤19μm的钴酸锂粉体，再与纳米硅酸镁锂混合均匀，以用纳米硅酸镁锂对钴酸锂粉体进行包覆，将包覆后的物料在400～650℃条件下烧结4～6h，破碎、筛分制得纳米硅酸镁锂包覆的钴酸锂材料。
[0009](2)单晶镍钴锰酸锂材料的制备
[0010]按一定比例充分混合Ni
(1
‑
x
‑
y)
Co
x
Mn
y
(OH)2(0.1≤x≤0.3、0.1≤y≤0.3)前驱体、锂盐和氟化物，混合料600～1000℃条件下烧结10～30h，破碎、筛分制得1.5μm≤D
50
≤3.5μm的掺杂F
‑
的单晶镍钴锰酸材料。
[0011](3)钴酸锂和单晶镍钴锰酸锂颗粒掺混
[0012]将步骤(1)、(2)中制得的钴酸锂和单晶镍钴锰酸锂颗粒粉体按照重量比范围6:4～8:2进行混合，制得均匀混合的锂电正极材料粉体。
[0013]优选的，步骤(1)中所采用的四氧化三钴(Co3O4)粒径范围是D
50
为16～18μm。
[0014]优选的，步骤(1)中所述的Co3O4与锂盐混合的摩尔比为Co3O4:Li＝1:1.00～1:1.10。
[0015]优选的，步骤(1)中所述的Co3O4与纳米硅酸镁锂混合的摩尔比为Co3O4:Li＝1:0.002～1:0.005。
[0016]优选的，步骤(2)中所述的Ni
(1
‑
x
‑
y)
Co
x
Mn
y
(OH)2前驱体粒径范围是D
50
为1～3μm，0.1≤x≤0.3，0.1≤y≤0.3。
[0017]优选的，步骤(2)中所述的镍钴锰三元前驱体和锂盐混合的摩尔比为(Ni
(1
‑
x
‑
y)
Co
x
Mn
y
):Li＝1:1.0～1:1.15。
[0018]优选的，步骤(2)中所述的镍钴锰三元前驱体和氟化物混合的摩尔比为(Ni
(1
‑
x
‑
y)
Co
x
Mn
y
):Li＝1:0.001～1:0.01。
[0019]优选的，所述的锂盐可以是碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、氧化锂等中的一种或其中几种的混合物。
[0020]优选的，所述的氟化物可以是氟化锂、氟化镁、氟化铵等中的一种或其中几种的混合物。
[0021]本专利技术的一种高性能锂电正极材料的制备方法，通过钴酸锂材料和单晶镍钴锰酸锂颗粒掺混技术制得提高充放电截止电压、放电比容量的混合锂电正极材料。该方法工艺简单，操作方便，容易实现工业化生产，而且生产过程无污染，环境友好。
[0022]说明书附图
[0023]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。
[0024]图1为实施例1钴酸锂(a)和单晶NCM523镍钴锰酸锂正极材料(b)电镜图；
[0025]图2为实施例2钴酸锂(a)和单晶NCM622镍钴锰酸锂正极材料(b)电镜图。
具体实施方式
[0026]为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步清楚阐述本专利技术的内容，但本专利技术的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其它的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于
本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0027]实施例1
[0028]按摩尔比1:1.05混合17.8μm的Co3O4和Li2CO3，在空气气氛中1000℃下烧结12h，破碎得D
50
为18.5μm的钴酸锂材料，再与纳米硅酸镁锂按摩尔比1:0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高电压锂电正极材料的制备方法，其特征在于：采用物理方法按比例充分混合大颗粒的纳米硅酸镁锂包覆的钴酸锂材料和小颗粒的掺杂F
‑
的单晶镍钴锰酸锂正极材料，以得到最终混合的高电压锂电正极材料。2.根据权利要求1所述的高电压锂电正极材料的制备方法，其特征在于所述的大颗粒的纳米硅酸镁锂包覆的钴酸锂材料的粒径范围满足17μm≤D
50
≤19μm；小颗粒的掺杂F
‑
的单晶镍钴锰酸锂材料的粒径范围满足1.5μm≤D
50
≤3.5μm。3.根据权利要求1或2所述的高电压锂电正极材料的制备方法，其特征在于所述的大颗粒的纳米硅酸镁锂包覆的钴酸锂材料和小颗粒的掺杂F
‑
的单晶镍钴锰酸锂正极材料混合重量比例范围为6:4～8:2之间。4.根据权利要求1所述的高电压锂电正极材料的制备方法，其特征在于所述的大颗粒的纳米硅酸镁锂包覆的钴酸锂材料的制备方法是：充分混合D
50
为16～18μm的四氧化三钴和锂盐，800～1100℃下烧结10～25h后，破碎、筛分得到钴酸锂材料，再与纳米硅酸镁锂混合均匀，以用纳米硅酸镁锂对钴酸锂粉体进行包覆，将包覆后的物料在400～650℃条件下烧结4～6h，破碎、筛分制得纳米硅酸镁锂包覆的钴酸锂材料。。5.根据权利要求4所述的高电压锂电正极材料的制备方法，其特征在于所述的四氧化三钴和锂盐的摩尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：智福鹏，张龙，张珺，侯伟，冉曙，李万利，石光岳，张晓敏，
申请(专利权)人：兰州资源环境职业技术大学，
类型：发明
国别省市：