[發明專利]一種摻雜型大顆粒鎳鈷錳酸鋰及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110372400.5
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113113594B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 王偉剛;徐友好;劉萬民;秦牡蘭;申斌
• 申請（專利權）人: 湖南工程學院;湖南宇拓新能源科技有限責任公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 肖小龍

本發明公開了一種摻雜型大顆粒鎳鈷錳酸鋰的制備方法，包括：將鎳鈷錳酸鋰的前驅體與摻雜元素M的化合物于高速混料機進行混合，高速混料機以正反交替的方式運轉，轉速為1000～5000轉/分，以得到10～100nm的非定形態超細顆粒；將所得非定形態超細粉末進行燒結，快速冷卻，得到摻雜M元素的鎳鈷錳酸鋰前驅體；將所得摻雜M元素的鎳鈷錳酸鋰前驅體與鋰鹽混合，并于1～5MPa的氧壓環境進行燒結，快速冷卻，即得。本發明的方法工藝簡單、操作方便、環境友好，且制備出電化學性能優異、循環性能好、振實密度大的摻雜型大顆粒鎳鈷錳酸鋰材料，用于鋰離子電池時呈現優異的物理性能、結構穩定性和充放電循環性能，有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，特別涉及一種摻雜型大顆粒分散鎳鈷錳酸鋰及其制備方法。

背景技術

隨著當今社會對清潔、可持續能源的開發與需求進一步提升，鋰離子電池因具有能量密度高、無記憶效應、環境友好、可持續充放電等優異特性，已從早期以鈷酸鋰為正極材料的移動電源、3C數碼類產品為轉向更為強大的汽車動力電池市場。由于傳統常見的鋰離子電池正極材料，如：鎳酸鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰等都不能滿足目前乘用車續航里程、功率和能量密度要求，為解決這一問題，近兩年來，我國對新能源補貼新政的調整，特別是對汽車動力電池續航里程要求提高，迫使國內新能源電池及其產業鏈紛紛由磷酸鐵鋰轉向鎳鈷錳酸鋰材料市場。同時為了提升電池能量密度以及循環性能的要求，對鋰離子電池正極材料的壓實密度以及循環性能都有了進一步的要求。制備大顆粒分散鎳鈷錳酸鋰有助于增進鋰離子電池的壓實密度以及電化學性能。

鋰離子電池鎳鈷錳酸鋰正極材料壓實密度與電化學性能不僅與自身制備工藝相關，與材料的形貌以及化學組分有關。常見的形貌調控手段主要是通過特殊工藝制備不同形貌前驅體得到形貌不同的鎳鈷錳酸鋰正極材料。現有技術公開了高容量高壓實密度正極材料的制備方法，通過采用兩種不同直徑的前驅體按照一定的配比混合改變了前驅體材料的粒度分布，改善壓實不足的缺點，通過先將前驅體與添加劑進行混合然后低溫預處理，使得摻雜元素均勻分布于產品體相中，改善了材料的穩定性和循環性能，但此方法所制得的材料循環性能遠無法滿足產業要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種工藝簡單、操作方便、且環境友好的制備出電化學性能優異、振實密度大的摻雜型大顆粒鎳鈷錳酸鋰材料的制備方法。還提供一種該方法制備的摻雜型大顆粒鎳鈷錳酸鋰材料，所制備的正極材料應用于鋰離子電池時表現出優異的物理性能、結構穩定性和充放電循環性能，具有良好的應用前景。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種摻雜型大顆粒鎳鈷錳酸鋰的制備方法，包括如下步驟：

(1)將鎳鈷錳酸鋰的前驅體與摻雜元素M的化合物于高速混料機進行混合，高速混料機以正反交替的方式運轉，轉速為1000～5000轉/分，以徹底破壞前驅體的原有形貌得到化學活性更高的10～100nm的非定形態超細顆粒；

(2)將所得的非定形態超細粉末進行燒結，然后進行冷卻，得到摻雜M元素的鎳鈷錳酸鋰前驅體；

(3)將所得的摻雜M元素的鎳鈷錳酸鋰前驅體與鋰鹽混合，并于氧壓為1～5MPa下進行燒結，然后再進行快速冷卻，即得。

上述的摻雜型大顆粒鎳鈷錳酸鋰的制備方法，優選地，步驟(4)中，所述快速冷卻的速度為50～400℃/秒。

上述的摻雜型大顆粒鎳鈷錳酸鋰的制備方法，優選地，步驟(1)中，所述轉速優選為2000～5000轉/分。

上述的摻雜型大顆粒鎳鈷錳酸鋰的制備方法，優選地，步驟(2)中，所述燒結的溫度為400℃～1000℃，優選為500℃～800℃；所述燒結的時間為1h～20h，優選為5h～17h。