[发明专利]LiZNiXCoYMn1‑X‑YO2材料复配方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别是涉及一种Li_ZNi_XCo_YMn_1-X-YO₂材料复配方法。

背景技术

钴酸锂由于具有能量密度和压实密度高的特点，始终是锂离子电池的主流正极材料，经过约30年的发展，钴酸锂性能的开发几近极限。在高能量密度新材料异军突起的今天，钴酸锂的能量密度已难以满足目前3C产品能量密度的需求；从压实密度方面，钴酸锂具有很好的电极加工性能，形貌控制已经趋于完美，目前它的压实密度也达到了其本身的极限，几乎不可能有再度提升的空间，并且钴酸锂还存在安全性与耐过充性不理想，以及对于稀缺钴资源的依赖性，循环性能相对较差等缺陷。目前开发出的LiNiO₂和NCA以及高镍三元材料的能量密度虽然比起钴酸锂都有不同的优势，但由于工艺不成熟等一系列原因，使得钴酸锂在锂离子电池正极材料领域仍然占有主流地位。

为解决钴酸锂耐过充性差、安全性差以及对过多贵金属钴的依赖而导致材料成本偏高等的问题，人们研制出了氢氧化物共沉淀法制备的三元材料Li_ZNi_XCo_YMn_1-X-YO₂，该材料具有比容量高、循环性能好、安全性好，价格低廉等优势。但该材料小颗粒的二次团聚体在辊压时很容易发生破碎，即使把团聚体的一次颗粒做大也很难保证材料在高压实下保持不破裂，颗粒破裂必然导致活性材料与粘结剂导电剂的接触不紧密，进而引起极化，使电极性能变差，因此该材料不适合单独使用。目前多数电池制造商将该三元材料和钴酸锂混合使用，由于有一次大颗粒的单晶钴酸锂为三元材料提供支撑，所以保证了混合正极材料良好的电极加工性能，混合正极材料的压实密度稍低于钴酸锂的压实密度，能量密度稍高于钴酸锂，但该混合正极材料依然存在多次烧结、工艺复杂、能耗高、混合粉体匹配性差等问题。

经检索发现，申请号为200910110132.9、公开号为CN101707252A、名 称为“多晶钴镍锰三元正极材料及其制备方法、二次锂离子电池”的中国发明专利，通过高温融合制取多晶钴镍锰三元正极材料，将不同的正极材料生长成为一个整体，组合了混合材料的优势，表现出良好的电化学性能，压实密度可以达到3.9g/cm³以上，单片极片能量密度大于570mAh/cm³(极片能量密度mAh/cm³＝初始放电容量mAh/g X压实密度g/cm³)；但是这种材料依然没有摆脱和钴酸锂混烧的技术状态，材料的安全性没有改善，虽然和钴酸锂约570mAh/cm³单位能量密度相当，但由于多次烧结和混合，以及较多钴的使用，又削弱了其技术优势。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供工艺简单，制作成本低廉，不仅压实密度高，而且能量密度高，单片极片能量密度大于600mAh/cm³，同时非常适合规模化生产的Li_ZNi_XCo_YMn_1-X-YO₂材料复配方法。

本发明为解决背景技术中存在的技术问题所采用的技术方案是：

步骤1：制备致密小颗粒球形Li_ZNi_XCo_YMn_1-X-YO₂

步骤⑴配制溶液

称取化学计量比的可溶性镍、钴、锰盐，配制成镍钴锰混合盐溶液，记为溶液a；以氢氧化钠或氢氧化钾为沉淀剂，氨水或铵盐为络合剂，按照氨碱摩尔比0.2-0.5混合沉淀剂溶液和络合剂溶液，记为溶液b；

步骤⑵两种溶液的反应过程

a和b两种溶液并流泵入有惰性气氛保护的40-70℃温度的反应釜中，以300-400r/min转速搅拌，pH值11.7-13，恒温反应24-35小时，得到致密小颗粒型前驱体Ni_XCo_YMn_1-X-Y(OH)₂的悬浊液；

步骤⑶固液分离