[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料的制備方法、正極材料及鋰離子電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710458444.3
• 申請(qǐng)日: 2017-06-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107302088A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐鋒;侯桃麗;蔣新欣;許永順;陳校軍;張朋軍;鄧昊昆;黃苗;王成云;劉金成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 惠州億緯鋰能股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/40
• 分類號(hào): H01M4/40;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 孟金喆

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

目前市場(chǎng)上大量用于動(dòng)力電池的正極材料主要是磷酸鐵鋰和錳酸鋰。由于磷酸鐵鋰的安全性能優(yōu)異，是應(yīng)用在電動(dòng)大巴等動(dòng)力電池中首選的正極材料；錳酸鋰除了安全性能好之外還具有倍率性能好的優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用在電動(dòng)自行車和小型電動(dòng)工具的電池中。隨著應(yīng)用在電動(dòng)汽車中動(dòng)力電池的發(fā)展，由于磷酸鐵鋰和錳酸鋰的壓實(shí)密度偏低，不能滿足其要求，鎳鈷錳酸鋰三元材料以其更高的能量密度、較低的成本，成為下一代鋰離子動(dòng)力電池理想的正極材料之一。

現(xiàn)有的鎳鈷錳酸鋰三元材料主要通過(guò)提高燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間來(lái)提高其壓實(shí)密度，采用該方法制得的鎳鈷錳酸鋰三元材料的比表面積大，鎳鈷錳酸鋰三元材料容易與電解液發(fā)生副反應(yīng)，從而降低鋰離子電池的容量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種鋰離子電池正極材料的制備方法，以制得高壓實(shí)密度、低比表面積的鋰離子電池正極材料。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種正極材料，其具有高壓實(shí)密度和低比表面積。

本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種鋰離子電池，其具有高能量密度。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

提供一種鋰離子電池正極材料的制備方法，提供以含鋰化合物和氫氧化鎳鈷錳為原料，經(jīng)一次燒結(jié)后制得的一次燒結(jié)產(chǎn)物，然后以所述一次燒結(jié)產(chǎn)物和納米級(jí)的摻雜物為原料，經(jīng)二次燒結(jié)后制得鋰離子電池正極材料；

所述摻雜物為含鉍化合物或者含鉍的混合物。

優(yōu)選地，所述摻雜物的D50(平均粒徑)小于5μm。

本發(fā)明以含鋰化合物和氫氧化鎳鈷錳的一次燒結(jié)產(chǎn)物為基體，加入含鉍化合物或者含鉍的混合物，經(jīng)二次燒結(jié)后使含鉍化合物或者含鉍的混合物熔融并均勻地覆蓋在基體的顆粒表面，降低了基體的比表面積，從而使正極材料與電解液發(fā)生副反應(yīng)的活性降低。

所述摻雜物的用量為0.1～1.5wt％，例如0.15wt％、0.2wt％、0.25wt％、0.3wt％、0.35wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.4wt％等。優(yōu)選地，所述摻雜物的用量為0.45～0.65wt％，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述摻雜物的用量為0.6wt％，使摻雜物完全覆蓋基體的顆粒表面的基礎(chǔ)上避免覆蓋厚度過(guò)大而影響鋰離子電池正極材料的使用性能。

所述二次燒結(jié)在空氣氣氛中進(jìn)行，且所述二次燒結(jié)的溫度為700～900℃，例如710℃、725℃、750℃、780℃、800℃、810℃、830℃、850℃、870℃等；

優(yōu)選地，在上述二次燒結(jié)溫度為700～880℃的基礎(chǔ)上，所述二次燒結(jié)的時(shí)間為2～10h，例如2.1h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h、2.8h、3.0h、4h、5h、6h、7h、8h、9h等，其中，具體的燒結(jié)時(shí)間與燒結(jié)溫度相關(guān)，以保證摻雜物完全熔融覆蓋在機(jī)體的顆粒表面。

本發(fā)明中，所述摻雜物選自氧化鉍，其熔融包覆效果更好。

本發(fā)明制備一次燒結(jié)產(chǎn)物的原料中，所述含鋰化合物為碳酸鋰或氫氧化鋰，優(yōu)選為碳酸鋰。

于本發(fā)明中，所述一次燒結(jié)在空氣氣氛中進(jìn)行，所述一次燒結(jié)的溫度為600～1050℃，例如610℃、620℃、630℃、650℃、680℃、700℃、720℃、750℃、780℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃等；

優(yōu)選地，在上述一次燒結(jié)溫度的基礎(chǔ)上，所述一次燒結(jié)的時(shí)間為5～20h，例如5.1h、5.2h、5.3h、5.5h、5.6h、5.8h、6h、6.2h、6.5h、6.8h、7h、7.5h、8h、9h、10h、15h、18h等。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述一次燒結(jié)的原料中，Li:M＝1.0～1.2，例如1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06、1.07、1.08、1.1、1.12、1.15、1.18等，優(yōu)選為1.04～1.06，例如1.041、1.042、1.043、1.045、1.05、1.055、1.06等，以保證一次燒結(jié)產(chǎn)物的原有的比表面積相對(duì)較低，壓實(shí)密度相對(duì)較高；

其中，所述Li為所述含鋰化合物中的鋰元素的摩爾數(shù)，所述M為所述氫氧化鎳鈷錳中的鎳元素、鈷元素及錳元素的摩爾數(shù)之和。

作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的鋰離子電池正極材料的制備方法包括以下步驟：