[發明專利]高性能鋰離子電池正極材料NCM及其制備方法

無效

• 申請號: 201110314414.8
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN102394293A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 崔立峰;王輝;楊克濤;葛云科;王熙幀
• 申請（專利權）人: 江蘇科捷鋰電池有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 鎮江京科專利商標代理有限公司 32107
• 代理人: 夏哲華

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料的制造，具體是一種高性能鋰離子電池正極材料NCM及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種新型的二次電池，廣泛應用于移動電話、筆記本電腦、便攜式攝像機、DVD、MP3等便攜式電器的驅動電源。但鈷資源稀缺，價格昂貴，隨著鋰離子電池需求量的不斷增大，其替代性產品如錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料推出及不斷更新換代以適應新形勢下的需求。?

鎳鈷錳三元材料具有較高的壓實密度，較高的理論比容量，較低的鈷含量（成本較低），以其綜合性能突出備受鋰電客戶的青睞。目前，鋰鈷錳三元材料在高溫存儲方面性能較差，如60℃、7days，85℃、4h等存在著厚度變化較大、容量恢復率較低的問題，另一方面鋰鈷錳三元材料高溫循環存在容量衰減過快的問題，如45℃、60℃高溫循環500周。解決高溫存儲、高溫循環問題，開發高性能的鎳鈷錳三元材料，是適應手機、筆記本電腦、電動工具、動力電池等高端領域或項目的迫切需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種在保持較高的壓實密度、較高的理論比容量和較低的鈷含量基礎上，具有較好的高溫存儲性能和高溫循環性能的高性能鋰離子電池正極材料NCM及其制備方法。

本發明的高性能鋰離子電池正極材料NCM的化學組成通式為Li_1+x?Ni_xMn_yCo_1-x-y-mM_mO₂，M為鋯、鋁、鎂、鈦金屬元素中的一種或多種組合，其中，0.3≤x≤0.5，0.3≤y≤0.5，0≤x≤0.38，0.002≤m≤0.02；其具有層狀結構。

上述高性能鋰離子電池正極材料NCM的制備方法依次包括如下步驟：

（1）將鎳鈷錳鹽和鋰鹽按比例混合，Li/M原子比例為1.02~1.09；混合在RQM強制混合設備中進行；時間0.5h~2h；鋰鹽采用高純碳酸鋰、氫氧化鋰等，重量含量≥99.9%；鎳鈷錳鹽粒度D50為1~12μm，優選粒度為1-5μm；

（2）將混合后的原料置于推板隧道窯中，在空氣氣氛中焙燒，焙燒溫度為600~750℃，焙燒時間為5h~10h，焙燒過程中不斷通入空氣做為反應所需要的氧氣源；

（3）焙燒后的物料通過粗破碎后，使用氣流磨進行粉碎，最終粉末的粒度D50為5~15μm；此為A料；

（4）將A料在斜式磨中進行球磨混合2h-5h，球料分離后，將物料在900-1000℃條件下進行第二次燒結合成，并將得到的三元物料通過粗破碎后，使用氣流磨進行粉碎，最終粉末的粒度D50為5~15μm；此為B料；

（5）以B料為原料，加入鋯、鋁、鎂、鈦幾種金屬鹽中的一種或多種修飾改性，混合均勻后在300-600℃范圍或600-960℃范圍內進行熱處理；將得到的物料進行粉碎處理，得到最終成品。所述金屬鹽為有機化合物，如異丙醇鋁、乙酸鎂、異丙醇鈦等，在乙醇相中分散混合0.5~1h；采取雙錐混合真空干燥的方式實現修飾試劑與三元物料的均勻混合，烘干溫度50～100℃，2～5h。

本發明的材料具有以下優點：

本發明中的鎳鈷錳三元正極材料500次高溫循環容量（45℃、60℃，3.0～4.2V）保持率均大于85%；

本發明中干粉壓實密度可達4.0g/cc，其對應的極片壓實密度可達3.6g/cc～3.7g/cc；

本發明中鎳鈷錳三元正極材料的高溫存儲膨脹小，85℃存儲48小時，60℃存儲7天厚度變化5%以內；容量恢復率高，85℃存儲48小時，容量恢復率在95%以上；

本發明中鎳鈷錳三元正極材料的安全性能好，可通過針刺、擠壓、撞擊、內或外部短路、1C/12V過充、熱濫用等測試。

附圖說明

圖1是本發明實施例和對比例的45℃循環測試曲線；?

圖2本發明實施例和對比例的60℃循環測試曲線。

具體實施方式

實施例1

（1）將鎳鈷錳鹽和鋰鹽按照一定比例混合，Li/M原子比例為1.05；混合在RQM強制混合設備中進行；時間0.5h。鋰鹽采用高純碳酸鋰，主含量≥99.9%；

鎳鈷錳鹽，2-4μm；

（2）將混合后的原料置于推板隧道窯中，在空氣氣氛中焙燒，焙燒溫度為650℃，焙燒時間為10h，焙燒過程中不斷通入空氣做為反應所需要的氧氣源；