[發(fā)明專利]高容量長循環(huán)富鋰622型三元正極材料的生產(chǎn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610163603.2
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105789581B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設計）人: 曹長城;高云
• 申請（專利權）人: 河南福森新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州知己知識產(chǎn)權代理有限公司41132
• 代理人: 朱廣存

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料的制備技術領域，具體涉及一種高容量長循環(huán)富鋰622型三元正極材料的生產(chǎn)方法。

背景技術

鋰離子電池是近年來發(fā)展起來的一種新型電源，與其他可充電二次電池相比，鋰離子電池具有電壓高，比能量高，充放電壽命長，無記憶效應，無污染等優(yōu)點，因此它不僅在便攜式電子設備上（如移動電話、數(shù)碼攝像機和手提電腦等）得到廣泛應用，也在電動汽車、電動自行車以及電動工具等大中型電動設備領域有廣闊的應用前景，是目前世界各國爭相研究開發(fā)的熱點。

鎳鈷錳酸鋰作為一類具有LiCoO₂，LiNiO₂，LiMnO₂三種鋰離子電池正極材料協(xié)同效應的功能材料，被認為是最有應用前景的新型鋰電池正極材料。Ni、Co、Mn的計量比對該材料的合成及性能影響顯著。一般來說，Ni的存在能使LiNi_xCo_yMn_1~x~yO₂的晶胞參數(shù)c和a值分別增加，同時c/a值減小，晶胞體積相應增大，有助于提高材料的可逆嵌鋰容量。但過多Ni²⁺的存在又會因為與Li⁺發(fā)生位錯現(xiàn)象而使材料的循環(huán)性能惡化。Co能有效地穩(wěn)定復合物的層狀結構并抑制3a和3b位置陽離子的混合，即減小Li層與過渡金屬層的陽離子混合，從而使鋰離子的脫嵌更容易，并能提高材料的導電性和改善其充放電循環(huán)性能；但隨Co的比例增大，晶胞參數(shù)中的c和a值分別減小，c/a值反而增加，使得晶胞體積變小，導致材料的可逆嵌鋰容量下降。而Mn的引入除了大幅度降低成本外，還能有效地改善材料的安全性能，但Mn的含量太高則容易出現(xiàn)尖晶石相而破壞材料的層狀結構。

最近三年來，鎳鈷錳酸鋰產(chǎn)銷每年以30%的速度增長，現(xiàn)已占有鋰電池正極材料市場份額40%以上。市場主要鎳鈷錳酸鋰產(chǎn)品是523型LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元、111型LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂三元、424型LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂三元，此外，還有622型LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂三元、701515型LiNi_0.7Co_0.15Mn_0.15O₂三元、811型LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂三元等產(chǎn)品。不同產(chǎn)品的電化學性能存在一定的差別，制備方法也各有不同。申請?zhí)枮?01310726770.X公開了一種鋰離子電池用長高溫循環(huán)鎳鈷錳酸鋰NCM523三元材料的制備方法，該方法在材料燒結過程中的將鋁鹽或其氧化物加入，采用干法混料混合均勻后再進行燒結，通過Al離子摻雜提升了鎳鈷錳酸鋰NCM523的高溫性能，有效解決了鎳鈷錳酸鋰高溫循環(huán)性能、高溫儲存性能較差的問題。申請?zhí)枮?01410091324.0公開了一種稀土元素摻雜的復合鈷酸鋰正極材料的制備方法，該方法將釹摻雜復合鈷酸鋰前驅體與草酸鋰混合，二次燒結，降溫處理，粉碎、篩分，得到產(chǎn)品。該發(fā)明先將在鎳鈷鋁混合形成三元材料提高顆粒粒徑的基礎上，進一步摻雜稀土元素Nd來改性以進一步提高物質活性和穩(wěn)定性，制備過程采用濕法和干法結合的方式，進一步提升材料的振實密度。不同正極材料采用不同的制備方法，獲得了具有不同性能的正極材料產(chǎn)品，拓展了正極材料的產(chǎn)品類型，同時使得產(chǎn)品的性能更加優(yōu)化。

三元正極材料能量密度高，倍率性能好，循環(huán)性能穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性好。現(xiàn)已廣泛應用到移動設備電源、筆記本電池、動力電池以及電動工具電池。其中622型三元(LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂)正極材料未來將成為三元正極材料的主流產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種通過富鋰、摻雜、水洗和二次燒結，以提高622型三元正極材料的電化學克容量和循環(huán)性能的生產(chǎn)方法，實現(xiàn)鋰電池正極材料的“高容量、高安全、高循環(huán)”標準，滿足高端鋰動力電池客戶的要求。