[發明專利]高壓實3.7g/cm3 鎳鈷錳酸鋰NCM523三元正極材料的工業化生產方法

有效

• 申請號: 201610102801.8
• 申請日: 2016-02-24
• 公開（公告）號: CN105529457A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 李軍秀;張文艷;丁衛豐;周蒙;閆國真;栗志濤;楊文安
• 申請（專利權）人: 無錫凱力克能源材料有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 無錫市匯誠永信專利代理事務所(普通合伙) 32260
• 代理人: 張歡勇

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料制備技術領域，涉及一種高能量密度鎳鈷 錳酸鋰三元正極材料的工業化制備方法。

背景技術

鋰離子電池已在手機、筆記本等3C產品中廣泛應用，并且隨著國家的扶持， 在電動汽車等方面應用呈現爆發式增長。鋰離子電池主要包括正極材料、負極 材料、電解液和隔膜等，其中正極材料決定電池的能量密度和循環壽命等性能， 正極材料主要包括鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰等。鈷酸鋰電化學 性能穩定、碾壓密度、循環性能高，但價格昂貴、過充性能差、安全性能差，磷 酸鐵鋰循環性能優異，但低溫性能差、能量密度低、批次穩定性差；錳酸鋰價 格低廉，但存在能量密度低、高溫循環差等缺點；鎳鈷錳酸鋰的比容量高、安 全性能高、較低的成本，應用越來越廣泛。

較鈷酸鋰4.1g/cm³以上的碾壓密度，鎳鈷錳酸鋰碾壓密度只有3.3～ 3.5g/cm³，尚有提升空間。碾壓密度每提高0.1g/cm³，體積能量密度提高3％。 我們要通過提升鎳鈷錳酸鋰的碾壓密度來提升其能量密度，改善加工性能。對 特定的粉體材料而言，碾壓密度通常跟兩種因素有關，其一是材料的中位徑， 其二是材料的粒度分布。材料粒度越大，單位體積的填充量也越大，碾壓密度 也越大，才有較高的能量密度。

而現有的技術是通過提高鈷酸鋰材料的中位徑來提高材料的碾壓密度、能 量密度。如授權公告號CN101284681B的文件公開了一種超大粒徑和高密度鈷 酸鋰及其制備方法，該方法包括以下步驟：

(1).配混料：將鈷化合物、鋰化合物及摻雜元素化合物倒入混料器中進行混合， 使Li/(Co+M)的摩爾比是1.05～1.20，0＜M/(Co+M)的摩爾比≤0.20；

所述的M是摻雜元素，其來源為含有Ni、Mn、Cr、Fe、Mg、Ca、Sr、Ba、B、 Al、Y、Sm、Ti、Zn、Zr、Hf、V、Nb或Ta的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、 草酸鹽中的一種或一種以上的混合物；

(2).煅燒：將步驟(1)混合好的物料置于煅燒容器中壓實；然后置于高溫爐 中，快速升溫，升溫速率為3～20℃/分鐘；并于950～1100℃高溫燒結3～30 小時，降溫后得到黑色的鈷酸鋰塊體材料；

(3).破粉碎：將步驟(2)得到的燒結塊經破粉碎、過篩，分級后得到最終產物。

但是當正極材料的中位徑提高后，材料的電化學性能會變差。

發明內容

本發明要解決的技術問題是解決上述現有技術的不足，提供一種高壓實且 不降低材料電化學性能的鎳鈷錳酸鋰NCM523三元正極材料的工業化生產方 法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種高壓實3.7g/cm³鎳鈷錳酸鋰NCM523三元正極材料的工業化生產方法，包括以下步驟：

1)將D50為10.0～20.0μm的鎳鈷錳氫氧化物前驅體A，D50為4.0～10.0μm 的鎳鈷錳氫氧化物前驅體B、Li/Me＝1.02～1.05的鋰源混合均勻，其中鎳鈷錳氫 氧化物前驅體A、鎳鈷錳氫氧化物前驅體B的質量比在8:2～2:8之間，鎳鈷錳 氫氧化物前驅體的總質量與鋰源的質量比在4:1～2:1之間；

2)將均勻混合后的混合物在850～1000℃溫度下進行加熱，加熱時間保持 在4～24h，加熱過程中持續通入空氣；

3)將步驟2得到的混合物的進行降溫冷卻，降溫的同時通入空氣；

4)將冷卻后的混合物進行破碎，破碎至D50在7.0～17.0μm之間。

作為上述技術方案的優選，所述鋰源可以是氫氧化鋰、碳酸鋰的一種或兩 種。

作為上述技術方案的進一步優選，步驟2中對混合物進行加熱的裝置為輥 道窯，所述輥道窯對混合物的升溫速度為1～3℃/min。

本發明通過兩種粒度的鈷酸鋰材料混合來提高材料的碾壓密度，且還可以 改善材料的電化學性能。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中鎳鈷錳酸鋰LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂掃描電鏡圖；