本发明专利技术公开了一种具有高的压实密度的镍钴锰多元掺杂锂离子电池正极材料及其制备方法，属于能源材料技术领域。本发明专利技术电池正极材料的制备方法是先以共沉淀法或化学合成法制备出镍钴锰多元掺杂中间体，并将该多元中间体与锂盐混合，经预处理后，再将聚乙烯醇加入其中，混合均匀，然后将其压制成块状物。将该块状在８００～９５０℃下焙烧，出炉冷却、粉碎、过４００目筛，再将该粉料于７００～８００℃下焙烧，出炉冷却、粉碎、筛分，即得。本发明专利技术电池正极材料的颗粒为非团聚单晶粒，粒径为０．６－３０μｍ，其化学式为ＬｉＮｉ↓［ｘ］Ｃｏ↓［ｙ］Ｍｎ↓［ｚ］Ｍ↓［（１－ｘ－ｙ－ｚ）］Ｏ↓［２］，压实密度达３．５－３．７ｇ／ｃｍ↑［３］，首次放电容量达１５０～１６５ｍＡｈ／ｇ，具有优良的循环性能和较高的安全性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开了，属 于能源材料
技术介绍
目前，手机、笔记本电脑所用锂离子电池的正极材料多为钴酸锂。钴酸锂的初始放电容量为140 145mAh/g，并具有良好的循环性能，自1992年以来被 广泛地用作锂离子电池正极材料。经过多年的持续改进，钴酸锂正极材料的压 实密度已可达到3.6 3.8g/ cm3，能满足笔记本电脑电池对正极材料单位体积 电容量的要求。但由于钴资源短缺，钴酸锂材料价格昂贵，而且还存在电容量 难以进一步提高、安全性能较差等缺陷。为寻找质优价廉的锂离子电池正极材 料，国内外近年来对锰酸锂、镍酸锂等正极材料的制备进行了广泛的研究。锰 酸锂电容量较低，循环性能、特别是高温循环性能较差，使其应用受到较大的 限制，目前主要在小型动力电池方面得到使用。镍酸锂合成较困难，仍处于试 验研究阶段。镍钴锰酸锂多元正极材料(以下简称多元正极材料)是一种新型高容量锂 离子电池正极材料，该材料安全性能好，价格相对较低，与电解液的相容性好， 循环性能优异。但该材料的合成较困难，产出的材料稳定性较差，材料的振实 密度及压实密度较钴酸锂低得较多，阻碍了该材料的实际应用。近年来，经过 广泛深入的研究，多元正极材料的制备获得了大的进展，已研制出复晶颗粒(多 数为类球形)状的镍钴锰多元正极材料，镜下观察该多元正极材料的单个颗粒 是由多个微粒聚集(或结合)而成，该多元正极材料的振实密度可达2.0 2.5g/cm3，首次放电容量140 145mAh/g。目前人们普遍认为复晶颗粒结构为 镍钴锰多元正极材料的最佳晶体结构，国内外锂离子电池正极材料厂家研发试 生产的镍钴锰酸锂多元正极材料的外形均为复晶颗粒。但是，外形为复晶颗粒 的镍钴锰酸锂多元正极材料的制备工艺较复杂，制备出的复晶颗粒镍钴锰酸锂 多元正极材料虽然具有较高的振实密度(振实密度可达2.4g/cm左右)，其压 实密度可达3. 2 3. 4 g/cm3，但难以进一步提高；并且由于多个微粒结合而成的复晶颗粒，其粒径难以均一，粒度分布较宽，在制备电池极片的过程中，一些细小微粒还容易从复晶颗粒表面脱落，导致产品的稳定性较差；并且类球形 复晶颗粒具有较大的吸湿性，暴露在空气中容易吸湿，影响产品的使用性能。 因而复晶颗粒的镍钴锰多元正极材料，难以在锂离子电池高端产品(如笔记本 电脑电池等)中得以实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种具有高的压 实密度、较低吸湿性、热稳定性好、电容量较高的镍钴锰多元掺杂锂离子电池 正极材料。本专利技术的另一目的在于提供该镍钴锰多元掺杂锂离子电池正极材料 的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案一种镍钴锰多元掺杂锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoy MnzM(—y-zA，式中M为钼、铬、锗、铟、锶、钽、镁或稀土元素中的一种或几 种，x、 y、 z的取值范围为:0. 37<x<0. 55， 0. 27<y<0. 35, 0. 17<z<0. 22， i亥电 池正极材料的颗粒为非团聚单晶粒，压实密度为3. 5-3. 7 g/ cm3，粒径为0. 6_30 u m。 M的含量为镍钴锰质量总量的0. 11%-0. 3%。 M的质量分数为除镍钴锰外其 他掺杂金属元素在本专利技术电池正极材料的总金属元素(锂除外)中所占的摩尔 质量分数。上述镍钴锰酸锂电池正极材料的制备方法包括以下步骤 (1)制备镍钴锰多元中间体将镍、钴、锰的硫酸盐或硝酸盐配制成水溶液，向该溶液中加入钼、铬、 锗、铟、锶、钽、镁或稀土元素的盐中的一种或几种，搅拌溶解，配制成总金 属摩尔浓度为0. 8-1. 3mol/L的多元金属盐溶液，该多元金属盐溶液中镍钴锰 的摩尔比为Ni: Co: Mn=(1.89-3.06): (1.5-2.1): (1-1.2)，钼、铬、锗、铟、 锶、钽、镁或稀土元素等惨杂元素的质量为镍钴锰元素质量总量的0. 11%_0. 3%;在40°C-70。C的温度下，以5-30mL/min的速度将上述多元金属盐溶液加入 到含有聚乙二醇6000的NaOH和朋3混合碱性溶液中进行反应，或加入到含有 聚乙二醇6000的草酸盐溶液中进行反应；加料完毕继续搅拌1-2h，陈化(即 静置)l-4h，过滤，得固形物，用去离子水洗涤固形物，洗水用量为中间体重量的7-13倍，使洗涤后的固形物中碱金属元素的质量百分含量<0.01%，洗涤后的固形物在105'C-12(TC的温度下干燥3-5h，得镍钴锰多元中间体；(2)按摩尔比为Li: (Ni+Co+Mn) =1.05-1.1: 1的比例，将镍钴锰多元中间体与锂盐混合均匀，将混合物研磨2-8h，在50(TC-55(TC的温度下预处理2h，向预处理后的物料中加入聚乙烯醇，混合均匀，将混合物压制成块状物料，其中聚乙烯醇的用量为镍钴锰质量总量的0. 98%-2%;(3 )将上述块状物料置于焙烧炉中，于800 。C -950 °C的温度下焙烧15-23h ，出炉，冷却至45。C-55。C，粉碎，过400目筛；(4)将上述400目筛下物装入陶瓷盘中，置于焙烧炉中，于70CTC-820"C的温度下焙烧6-8h，出炉，冷却至45t:-55°C，粉碎、过400目筛，所得筛下物即为非团聚单晶粒的多元正极材料。在制备镍钴锰多元中间体步骤中，聚乙二醇6000的用量为镍钴锰金属质量总量的0.4%-1.52%。所述混合碱性溶液的pH值>8，其中NaOH的摩尔浓度为0. 02-0. 9mol/L，氨的摩尔浓度为0. 01-0. 9mol/L;碱性溶液的用量为按化学反应式计算的理论量的1. 04-1. 1倍； 所述草酸盐溶液为摩尔浓度为0. 8-1. 2mol/L的草酸铵或草酸钾溶液； 草酸盐的用量为按化学反应式计算的理论量的1. 05-1. 1倍。 本专利技术的镍钴锰酸锂电池正极材料也可采用以下方法制备(1) 将镍、钴、锰的有机酸盐配制成水溶液，向该溶液中加入钼、铬、 锗、铟、锶、钽、镁或稀土元素的盐中的一种或几种，搅拌溶解，配制成总金 属摩尔浓度为1.2-5mol/L的多元金属盐溶液，该多元金属盐溶液中镍钴锰的 摩尔比为Ni: Co: Mn二(1.89-3.06): (1.5-2.1): (1-1.2)，钼、铬、锗、铟、 锶、钽、镁或稀土元素等掺杂元素的质量为镍钴锰元素质量总量的0.11%-0. 3%;(2) 按摩尔比为Li: (Ni+Co+Mn) =1.05-1.1: 1的比例，向该多元金属 盐溶液中加入锂盐，如氢氧化锂等，充分搅拌，混匀，将混合物加热至10(TC -ll(TC，蒸发成浆状物料，将该浆状物料于520'C-58(TC的温度下煅烧 25-35min，得到粉状物料；向所得粉状物料中加入聚乙烯醇，所加聚乙烯醇的质量为镍钴锰总质量的70.98%_2%，混合均匀，研磨2-4h，将研磨后的物料压制成块状物料；(3 )将上述块状物料置于焙烧炉中，于800 °C-950 °C的温度下焙烧15-23h， 出炉，冷却至45。C-55°C，粉碎，过400目筛；(4)将上述400目筛下物装入陶瓷盘中，置于焙烧炉中，于700°C_820 。C的温度下焙烧6-8h，取出本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种镍钴锰多元掺杂锂离子电池正极材料，其特征在于：该电池正极材料的颗粒为非团聚单晶粒，压实密度为３．５－３．７ｇ／ｃｍ↑［３］，粒径为０．６－３０μｍ，化学式为ＬｉＮｉ↓［ｘ］Ｃｏ↓［ｙ］Ｍｎ↓［ｚ］Ｍ↓［（１－ｘ－ｙ－ｚ）］Ｏ↓［２］，式中Ｍ为钼、铬、锗、铟、锶、钽、镁或稀土元素中的一种或几种，ｘ、ｙ、ｚ的取值范围为：０．３７＜ｘ＜０．５５，０．２７＜ｙ＜０．３５，０．１７＜ｚ＜０．２２，Ｍ的含量为镍钴锰质量总量的０．１１％－０．３％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王家祥，
申请(专利权)人：成都晶元新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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