[發(fā)明專利]一種生產(chǎn)高容量523型三元正極材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310570951.8
• 申請(qǐng)日: 2013-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103794773A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹長(zhǎng)城;高云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南福森新能源科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/505
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41117
• 代理人: 季發(fā)軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料粉末加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種生產(chǎn)高容量523型三元正極材料的方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，為應(yīng)對(duì)汽車(chē)工業(yè)迅猛發(fā)展帶來(lái)的諸如環(huán)境污染、石油資源急劇消耗等負(fù)面影響，各國(guó)都在積極開(kāi)展采用清潔能源的電動(dòng)汽車(chē)EV以及混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)HEV的研究。其中作為車(chē)載動(dòng)力的動(dòng)力電池成為EV和HEV發(fā)展的主要瓶頸。鋰離子電池正極材料作為鋰離子電池的核心部分之一，歷來(lái)是人們研發(fā)的重點(diǎn)，提高正極材料的性能是提高鋰離子電池性能的關(guān)鍵。正極材料的好壞也直接決定了鋰離子電池的性能和價(jià)格。商業(yè)化的鋰離子電池主要采用LiCoO₂作為正極材料，LiCoO₂存在安全性和耐過(guò)充性問(wèn)題，Co屬于稀有資源，價(jià)格昂貴，且金屬鈷容易對(duì)環(huán)境造成污染。而LiNiO₂的穩(wěn)定性差，容易引起安全問(wèn)題，需在氧氣氣氛下合成，并且容易發(fā)生陽(yáng)離子混排和生成非化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)化合物。錳系正極材料價(jià)格低廉，資源豐富，分布廣泛，其中層狀LiMnO₂是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定材料，容量雖高，但是在充放電過(guò)程中層狀結(jié)構(gòu)會(huì)向尖晶石型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致比容量衰減快，電化學(xué)性能不穩(wěn)定。LiMn₂O₄在循環(huán)過(guò)程中容易發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變以及錳離子的溶解和Jahn-Teller效應(yīng)，導(dǎo)致電池容量衰減。LiFePO₄可稱為零污染正極材料，由于其在價(jià)格便宜和高安全性方面的優(yōu)勢(shì)，而倍受重視，近年來(lái)，該材料得到廣泛研究和應(yīng)用，但該材料電導(dǎo)率低，且振實(shí)密度小，因而，其應(yīng)用領(lǐng)域依然受到很大限制。

綜合LiCoO₂,LiNiO₂,LiMnO₂三種鋰離子電池正極材料的優(yōu)點(diǎn)，三元材料的性能好于以上任一單一組分正極材料，存在明顯的協(xié)同效應(yīng)，被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的新型正極材料。通過(guò)引入Co，能夠減少陽(yáng)離子混合占位，有效穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，降低阻抗值，提高電導(dǎo)率。引入Ni,可提高材料的容量。引入Mn，不僅可以降低材料成本，而且還可以提高材料的安全性和穩(wěn)定性。???三元材料可以按照不同比例，由鎳鈷錳三種金屬元素組成復(fù)合型過(guò)渡金屬氧化物，用通式LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂來(lái)表示。現(xiàn)市場(chǎng)主要是LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂，LiNi_0.33Co_0.33Mn_0.33O₂，LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂三元正極材料。三元正極材料微觀結(jié)構(gòu)的改善和宏觀性能的提高與制備方法密不可分，不同的制備方法導(dǎo)致所制備的材料在結(jié)構(gòu)、粒子的形貌、比表面積和電化學(xué)性質(zhì)等方面有很大的差別。目前LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂的制備技術(shù)主要有固相合成法、化學(xué)沉淀法、溶膠凝膠法、水熱合成法、噴霧降解法等。

申請(qǐng)?zhí)枺?01210505675.2的中國(guó)專利公開(kāi)了一種鋰離子電池混合正極材，正極材料為鈷酸鋰系活性物質(zhì)與鋰鎳鈷錳系三元活性物質(zhì)的混合材料；鈷酸鋰系活性物質(zhì)A的中值粒徑小于或等于15μm，鋰鎳鈷錳系三元活性物質(zhì)B的單晶粒子的粒徑大于或等于1.0μm；通過(guò)在A和B的混合過(guò)程中加入金屬氧化物并燒結(jié)后，使得金屬氧化物均勻地分布于鈷酸鋰系活性物質(zhì)A和鋰鎳鈷錳系三元活性物質(zhì)B的表面，并且使得鈷酸鋰系活性物質(zhì)A和鋰鎳鈷錳系三元活性物質(zhì)B之間形成熔融網(wǎng)狀層。上述混合正極材料在高電壓下使用時(shí)，克容量≥156mAh/g，壓實(shí)密度≥4.05g/cm3，且在高電壓下具有良好的循環(huán)性能、高溫存儲(chǔ)以及安全特性。另外，申請(qǐng)?zhí)枺?01110237871.1?的中國(guó)專利公開(kāi)了一種鋰離子正極材料鎳錳鈷的制備方法，在氮?dú)鈿夥障聦㈡嚒㈠i、鈷離子混合液與沉淀劑進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)過(guò)陳化、洗滌、干燥等工序得到鎳錳鈷氫氧化物前驅(qū)體，合成的前驅(qū)體材料具有球形的形貌、理想的粒度分布、較高的振實(shí)密度。將前驅(qū)體和鋰源化合物、摻雜化合物混合，經(jīng)二次燒結(jié)后制得鎳錳鈷三元復(fù)合正極材料。所述制備方法通過(guò)摻雜金屬提高電池的放電容量，但是所述三元復(fù)合材料結(jié)合系數(shù)較低，制備晶粒結(jié)構(gòu)相對(duì)不穩(wěn)定，對(duì)于晶變控制較差。

發(fā)明內(nèi)容