[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于混摻三元材料的高壓實(shí)高容量型錳酸鋰復(fù)合正極材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811241835.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109244450B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭愛(ài)國(guó);汪永斌;肖偉;莊新娟;賀周初
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖南海利鋰電科技股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/505
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)的一種用于混摻三元材料的高壓實(shí)高容量型錳酸鋰復(fù)合正極材料的制備方法，包括以下步驟：步驟1.制備小顆粒、窄粒徑分布錳酸鋰正極材料；步驟2.制備大顆粒、寬粒徑分布錳酸鋰正極材料；步驟3.大小兩種粒度分布的錳酸鋰正極材料混合。本發(fā)明通過(guò)精細(xì)化控制兩種不同粒度分布的錳源和鋰源，充分考慮高溫反應(yīng)下晶粒的長(zhǎng)大效應(yīng)，分別制備寬窄兩種分布的正極材料，最后按一定的比例混摻，解決了單一材料壓實(shí)不足的缺點(diǎn)，同時(shí)避免了常規(guī)二次分級(jí)造成的形貌缺陷，從而獲得1C克容量達(dá)到122～125mAh/g,壓實(shí)密度達(dá)到3.15g/cm³以上的正極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種簡(jiǎn)單低成本制備可用于搭配三元材料使用的高壓實(shí)高容量型錳酸鋰復(fù)合正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

目前市場(chǎng)上的眾多正極材料如鈷酸鋰、錳酸鋰、三元、磷酸鐵鋰等，若單獨(dú)應(yīng)用，均不同程度地受到能量密度、循環(huán)性能、倍率性能、高溫性能、安全性能以及成本等某些方面存在缺陷的影響，致使單一正極材料無(wú)法更好地滿(mǎn)足不同用電產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的多功能化要求。混合正極材料不但工藝簡(jiǎn)單，強(qiáng)化單一材料性能優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)彌補(bǔ)其缺點(diǎn)，又可以大幅降低電池企業(yè)的生產(chǎn)成本，在成本和性能的均衡方面的確有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

為兼顧較高的能量密度，當(dāng)前廠商的主流做法是以高成本的鈷酸鋰或三元材料混用低成本的錳酸鋰材料，以達(dá)到能量密度和成本的均衡，并不斷消減鈷酸鋰或三元的用量，增大錳酸鋰的混合比例。因此從成本和安全的角度，錳酸鋰無(wú)疑是未來(lái)動(dòng)力電池領(lǐng)域最合適的選擇之一，尤其是在3C類(lèi)、數(shù)碼電子產(chǎn)品或者小型電動(dòng)工具領(lǐng)域更有其不可替代的作用。但目前錳酸鋰的容量和壓實(shí)和三元相比，差距較大，兩者混合使用，均不同程度造成混合正極材料的容量和壓實(shí)偏低。因此，無(wú)論是提高錳酸鋰材料和三元材料之間的適配性，還是提高錳酸鋰單一材料的電性能，進(jìn)一步提升錳酸鋰材料的容量和壓實(shí)都具有非常重要的意義。

目前，提高錳酸鋰材料的能量密度，主要通過(guò)提高材料的克容量和壓實(shí)密度來(lái)實(shí)現(xiàn)，單純提高克容量，難度較大，且會(huì)涉及到液相法改性或新型工藝，大多流程復(fù)雜，成本高，不利于產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)。而以提高壓實(shí)密度來(lái)提高產(chǎn)品能量密度的方法是目前最快速有效的方法，由于材料的成本增加并不多，因此也是目前廠商最主流的做法。

粒度分布對(duì)材料的壓實(shí)密度有著重要的影響，合適的粒度分布有助于提高材料的壓實(shí)密度，而不合理的粒度分布則造成壓實(shí)密度的顯著降低，若合理利用大小顆粒相互填補(bǔ)顆粒間的空隙，就能有效提高材料壓實(shí)密度。而目前混合正極材料的生產(chǎn)技術(shù)，往往只注重不同材料D₅₀的大小，而忽略了D₁₀和D₉₀的大小，實(shí)際上，即使D₅₀接近的原材料，若D₁₀、D₉₀有差別，也會(huì)造成壓實(shí)密度不同。也就是說(shuō)，粒度分布的寬窄對(duì)壓實(shí)的影響更為重要。另外，雖然錳源的粒度基本決定了最終產(chǎn)品的粒度分布，但鋰源的粒度分布直接影響材料燒結(jié)性能，從而使最終產(chǎn)品的粒度受到影響。因此，制備高品質(zhì)正極材料，必須精細(xì)化控制材料的粒度分布，尤其是混合正極材料，錳源和鋰源的粒度搭配尤為重要。

現(xiàn)有已公布的通過(guò)控制粒度分布來(lái)提高壓實(shí)密度的方法，其核心技術(shù)主要有以下兩種：

(1)預(yù)混合不同粒徑的前驅(qū)體，添加鋰源，進(jìn)行固相燒結(jié)。采用這種方法的專(zhuān)利技術(shù)如下：

專(zhuān)利CN201510072339.7提供了一種高壓實(shí)三元正極材料的制備方法，此法是將一定比例的大小顆粒前驅(qū)體混合后再與鋰源固相燒結(jié)，制備成大小顆粒混合的正極材料，同時(shí)制備小顆粒單晶三元材料，最后將兩者混合得到成品。

專(zhuān)利CN201611208558.4通過(guò)采用兩種不同D₅₀的鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體，按照一定的比例進(jìn)行混合后添加鋰源，高溫?zé)Y(jié)合成高壓實(shí)三元正極材料。