[發(fā)明專(zhuān)利]高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310693296.5
• 申請(qǐng)日: 2013-12-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103715412A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉城
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇科捷鋰電池有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/505
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 鎮(zhèn)江京科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32107
• 代理人: 夏哲華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電極正極材料的制備方法，具體是一種高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法。

背景技術(shù)

目前市場(chǎng)上的鎳鈷錳酸鋰（523型）產(chǎn)品，壓實(shí)密度基本在3.4-3.6g/cm3，4.2V，0.5C克容量在155-160mAh/g左右。提高鎳鈷錳酸鋰的能量密度主要從提高壓實(shí)和提高充放電電壓兩個(gè)方面考慮。現(xiàn)有523型三元正極材料的容量性能和循環(huán)性能尚有不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種容量性能和循環(huán)性能好的高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法。

本發(fā)明的高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法包括以下步驟：

1）將金屬離子濃度為0.2-1摩爾/升的鎳鹽、鈷鹽、錳鹽按Ni：Co：Mn=5：2：3的摩爾比加入反應(yīng)釜中；所選鎳鹽可以是硝酸鎳、氯化鎳和硫酸鎳中的一種或幾種，所選鈷鹽可以是硝酸鈷、氯化鈷和硫酸鈷中的一種或幾種，所選錳鹽可以是硝酸錳、氯化錳和硫酸錳中的一種或幾種；

2）在不斷攪拌反應(yīng)釜內(nèi)混合溶液的同時(shí)，緩慢加入混合濃度為0.6-6摩爾/升的氫氧化鈉或氫氧化鉀和氨水的混合溶液，反應(yīng)液中逐漸生成鎳鈷錳氫氧化物沉淀，控制反應(yīng)溫度在30-80℃之間，直到反應(yīng)液pH在10-11之間為止；

3）將反應(yīng)生成的鎳鈷錳氫氧化物沉淀使用去離子水進(jìn)行洗滌、壓濾，直至洗滌水的pH小于8.5為止，將洗滌后的產(chǎn)物在100-250℃下烘干2-8小時(shí)，得到球形或類(lèi)球形氫氧化鎳鈷錳；

4）將上述氫氧化鎳鈷錳和鋰鹽按Li：（Ni+Co+Mn）=（1.05-1.10）：1的摩爾比加入球磨罐中球磨2-6小時(shí)，使之混合均勻；所選鋰鹽可以是碳酸鋰、氫氧化鋰中的一種或幾種；

5）將上述混合產(chǎn)物使用坩堝在燒結(jié)爐中，升溫至900-1100℃，恒溫處理6-24小時(shí)，冷卻、粉碎后，得到單晶或類(lèi)單晶鎳鈷錳酸鋰；

6）按Mg：Zr=x：3-x的摩爾比，其中1≤x≤2，將醋酸鎂和醋酸鋯加入去離子水中，配制成總金屬離子2-5摩爾/升的混合溶液；

7）將步驟6）中混合溶液按（Mg+Zr）：（Ni+Co+Mn）=0.002-0.006的摩爾比加入單晶或類(lèi)單晶鎳鈷錳酸鋰的水相體系中，攪拌0.5-2.0小時(shí)，在100-150℃下烘干，并保持混合產(chǎn)物在烘干過(guò)程中的攪拌，避免物料在烘干過(guò)程中的分層；

8）將步驟7）中烘干后的產(chǎn)物，在400-700℃下高溫處理4-8小時(shí)，即可得到表面均勻包覆Mg和Zr的高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰產(chǎn)品。

通過(guò)制備單晶或類(lèi)單晶顆粒的鎳鈷錳酸鋰來(lái)提高材料的壓實(shí)密度，并減小顆粒的表面積，增強(qiáng)Mg和Zr的表面包覆效果，減少正極材料和電解液間副反應(yīng)；通過(guò)Mg和Zr的表面包覆來(lái)提高鎳鈷錳酸鋰的充放電電壓。經(jīng)實(shí)際檢測(cè)其有效提高了鋰電池正極材料的容量性能和循環(huán)性能。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明方法的實(shí)施例包括以下步驟：

1、將硝酸鎳、硝酸鈷和硝酸錳溶液按Ni：Co：Mn=5：2：3的摩爾比加入反應(yīng)釜中，使混合溶液總金屬離子濃度為2摩爾/升，使用去離子水調(diào)整溶液體積為4升；

2、在不斷攪拌反應(yīng)釜內(nèi)混合溶液的同時(shí)，緩慢加入混合濃度為3摩爾/升的氫氧化鈉和氨水的混合溶液，反應(yīng)液中逐漸生成鎳鈷錳氫氧化物沉淀，控制反應(yīng)溫度在45℃之間，直到反應(yīng)液pH至10.8為止；

3、將反應(yīng)生成的鎳鈷錳氫氧化物沉淀使用進(jìn)行去離子水進(jìn)行洗滌、壓濾，直至洗滌水的pH小于8.5為止，將洗滌后的產(chǎn)物在120℃下烘干4小時(shí)，得到球形或類(lèi)球形氫氧化鎳鈷錳；

4、將上述氫氧化鎳鈷錳和碳酸鋰按Li：（Ni+Co+Mn）=1.08：1的摩爾比加入球磨罐中球磨4小時(shí)，使之混合均勻；

5、將上述混合產(chǎn)物使用坩堝在燒結(jié)爐中，升溫至1000℃，恒溫處理12小時(shí)，冷卻、粉碎后，得到單晶或類(lèi)單晶鎳鈷錳酸鋰；

6、按Mg：Zr=1：2（摩爾比），將醋酸鎂和醋酸鋯加入去離子水中，配制成總金屬離子5摩爾/升的混合溶液；

7、將6中混合溶液按（Mg+Zr）：（Ni+Co+Mn）=0.0035的摩爾比加入單晶或類(lèi)單晶鎳鈷錳酸鋰的水相體系中，攪拌1小時(shí)，在120℃下烘干，并保持混合產(chǎn)物在烘干過(guò)程中的攪拌，避免物料在烘干過(guò)程中的分層；

8、將7中烘干后的產(chǎn)物，在650℃下高溫處理6小時(shí)，得到表面均勻包覆Mg和Zr的高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰產(chǎn)品。

該實(shí)施例條件下生產(chǎn)的高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰產(chǎn)品，D50在8-10um左右，壓實(shí)密度為3.6-3.8g/cm³，4.35V，0.5C克容量在180mAh/g左右，循環(huán)300周容量保持率在80%以上。