[發明專利]一種高安全性高壓實密度鎳鈷錳酸鋰NCM523三元材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410011342.3
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN104201366B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 衡凱;趙志兵;王燕舞;萬國莉
• 申請（專利權）人: 蘭州金里能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司62002
• 代理人: 馬正良

技術領域

本發明屬于新能源材料制備技術領域，涉及用于鋰離子電池的高壓實密度鎳鈷錳酸鋰NCM523三元材料的制備方法。?

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背景技術

為了逐步解決制約當前經濟發展的能源短缺和大氣污染問題，鋰離子電池因具有工作電壓高、能量密度大、循環壽命長、污染少、無記憶效應、體積小、重量輕、無環境污染等優點，近年來在技術、生產、市場上獲得了快速發展，已形成了一個大的新型產業。?

用于鋰離子電池的正極材料鎳鈷錳酸鋰NCM523三元材料具有電壓平臺高、比容量大、常溫循環性能好、能量密度高、自放電小等優點，但是同鈷酸鋰相比，其主要缺點就是電導率低和壓實密度不高，極大地制約了該材料在高能量密度的鋰離子電池上使用。但同時鎳鈷錳酸鋰NCM523三元材料由于其鎳含量高，材料穩定性較差，安全性較差，容量大的鎳鈷錳酸鋰NCM523三元材料鋰離子電池，很難通過針刺和過充等安全測試。?

發明內容

基于上述，本發明的目的在于提供一種高安全性高壓實密度鎳鈷錳酸鋰NCM523三元材料的制備方法。該方法制得的高安全性高壓實密度鎳鈷錳酸鋰NCM523三元材料的壓實密度高于鎳鈷錳酸鋰NCM523三元材料，同時該材料具有較高的安全性，有效解決了鎳鈷錳酸鋰正極材料鋰電池的高溫、過充、針刺條件下的安全性。通過對鎳鈷錳酸鋰NCM523三元材料進行固相燒結摻雜，增大材料顆粒中單晶粒子尺寸，提高顆粒的致密程度，形成牢固的微觀性結構變化，提高鎳鈷錳酸鋰NCM523三元材料的壓實密度。通過采用LiFePO₄對鎳鈷錳酸鋰NCM523顆粒表面進行包覆修飾，LiFePO₄為鋰電活性正極材料，具有比鈷酸鋰、三元、錳酸鋰等更好的安全性和循環性能，有效解決了鎳鈷錳酸鋰正極材料鋰電池的高溫、過充、針刺條件下的安全性。?

本發明的目的是通過以下措施來實現：?

一種高安全性高壓實密度鎳鈷錳酸鋰NCM523三元材料的制備方法，其步驟是：?

⑴將前驅體(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)OH過篩后，在400～600℃溫度下煅燒4～10小時，即得到前驅體氧化物(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)₂O；

⑵將步驟⑴所得的前驅體氧化物(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)₂O，過篩后與電池級碳酸鋰或氫氧化鋰按照Li:Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3?=(1+x):1的摩爾配比，其中0.02≤x≤0.08同時加入平均粒度（D50）為5.6μm鎂的化合物，使混合料中鎂化合物中鎂的質量含量為混合料總質量的0.15%?-0.20%，混料機的轉速為30～300轉/分鐘，用混料機采用干法混合方式進行充分混合；?

⑶將步驟⑵得到的混合物裝入匣缽壓實，在空氣氣氛中930～960℃溫度下恒溫加熱12~20h進行焙燒反應，完成后自然冷卻8～12h取出粉末粉碎、過篩，即得到高壓實密度鎳鈷錳酸鋰NCM523三元材料；

⑷將步驟⑶得到高壓實密度鎳鈷錳酸鋰NCM523三元材料與LiFePO₄按照(1-y):y的質量比列進行配比，其中0.05≤y≤0.20；在環境濕度小于35RH%的環境中，在球料質量比為1：3～4的條件下，采用非金屬研磨球在內襯耐磨非金屬材料的不銹鋼球磨罐內，球磨罐的轉速為30～500轉/分鐘進行1～3小時干法球磨混合，球磨后過篩即得到高安全性高壓實密度鎳鈷錳酸鋰NCM523三元材料。

上述步驟⑴中的前驅體(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)OH為球形或類球形。?

上述步驟⑵中的電池級碳酸鋰或氫氧化鋰的D(50)平均粒度范圍5μm～7μm。?

上述步驟⑵中的鎂的化合物為氧化鎂物、或氫氧化鎂、或鎂鹽，鎂元素的D(50)平均粒度范圍5μm~15μm。?

上述步驟⑷中的LiFePO₄的一次粒子平均尺寸范圍在5?nm?～100nm。?

上步驟⑷中的內襯耐磨非金屬材料的不銹鋼球磨罐內襯介質采用聚氨酯、或聚四氟乙烯。?