本发明专利技术公开了一种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，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８００～９３０℃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０．５－３０μｍ，其化学式为ＬｉＮｉ↓［ｘ］Ｃｏ↓［ｙ］Ｍｎ↓［ｚ］Ｍ↓［（１－ｘ－ｙ－ｚ）］Ｏ↓［２］，压实密度达３．４ｇ／ｃｍ↑［３］，首次放电容量达１４５～１５２ｍＡｈ／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。但由于钴资源短缺，钴酸锂材料价格昂贵，而 且还存在容量较低、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，材料的密度 较钴酸锂低，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，其外形为复晶颗粒。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，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，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。
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，提供一种具有较高的 压实密度、较低吸湿性、结构更稳定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 MnzMu力-z)02，式中M为钼、铬、锗、铟、锶、钜、镁或稀土元素中的一种或几 种，x、 y、 z的取值范围为:0.3〈x〈0.4' 0. 29〈y〈0. 35, 0. 3<z<0. 4。 i亥电池正 极材料的颗粒为非团聚单晶粒，粒径为0.5-30pm。 M的含量为镍钴锰质量总 量的0.13-0.3%。 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=(0.9-1.2) :1: (0.9-1.2)，钼、铬、锗、铟、锶、钽、 镁或稀土元素等掺杂元素的含量为镍钴锰元素质量总量的0. 13-0. 3%;在40-7(TC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、朋3混合碱性溶液或草酸盐溶液中，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1.04-1.07 倍；所述草酸盐溶液为摩尔浓度为0. 8-1. 2mol/L的草酸铵或草酸钠溶液，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；加料完毕继续搅拌1-2h，陈化(即静置)1-4h，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Na 元素的质量百分含量<0.01%，洗涤后的固形物在105-120'C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500-520。C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800-93(TC的温度下焙烧16-22h， 出炉，冷却至45-55。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700-800。C的 温度下焙烧5-8h，取出，冷却至45-55X:，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。上述非团聚单晶粒的多元正极材料的外形可为正方形、长方形、菱形或不 规则多边形等形状。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O. 4-1.5%。与现有技术相比，本专利技术的有益效果本专利技术镍钴锰多元掺杂锂离子电池 正极材料的制备方法与现有的方法相比，具有操作控制较为容易等优点。在工 艺中加入聚乙二醇6000可以起到好的分散效果，加入聚乙烯醇有利于物料的 压制成型。本专利技术制备的镍钴锰多元掺杂锂离子电池正极材料，其外型为粒经 为0.5 30um的非团聚单晶粒，该正极材料具有较高的压实密度(》 3.4g/cm3)，在压制电池极片的过程中可避免产生细小微粒而出现微粒脱落。本 专利技术打破了长期禁锢在人们思想上的固定格式，克服了上述晶体结构上的约 束，研发制备出了一种比复晶颗粒更稳定，外型为非团聚单晶粒的镍钴锰多元 掺杂锂离子电池正极材料，该材料具有较高的压实密度(》3.4g/cm3)、较低吸 湿性，其首次放电容量达145 152mAh/g，且具有优良的循环性能和更高的安 全性能。 附图说明附图1为本专利技术方法的工艺流程图。附图2为现有镍钴锰三元材料的扫描电镜形貌象。附图3为本专利技术镍钴锰多元掺杂锂离子电池正极材料的扫描电镜形貌象。具体实施方式实施例l将182. 4g硫酸镍(Ni元素的重量百分含量为21. 2%)、 210. Og硫酸钴(Co ，6tjM百^Kj 20. 56%)、 112.4g硫酸锰(Mn，OTS百^i为32.^)溶 于2.2L纯水中，搅拌溶解、过滤，然后向上述滤液中加入硝酸铕(含Eu元素 0.03g)、硝酸镝(含Dy元素0.06g)、钽酸钾(含Ta元素0. 07g)，搅拌溶解， 配制成总金属摩尔浓度为0.82mol/L的多元金属盐溶液(2.5L)，该溶液中镍 钴锰的摩尔比为Ni: Co: Mn=0.9: 1: 0.9，镝、铕、钽的含量为镍钴锰元素 质量总量的0. 136%。将上述多元金属盐溶液升温至约70°C，以5 10mL/min的速率将1. 2L多 元金属盐溶液加入到温度约45°C、含有1. 7g聚乙二醇6000 (聚乙二醇6000 的用量为镍钴锰金属质量本文档来自技高网...
【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，粒径为０．５－３０μｍ，其化学式为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：０．３＜ｘ＜０．４，０．２９＜ｙ＜０．３５，０．３＜ｚ＜０．４，Ｍ的含量为镍钴锰质量总量的０．１３－０．３％。
【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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