[发明专利]一种高性能三元材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二次电池储能材料新领域，特别涉及一种制备高电压下高温循环性能较好的锂电池正极三元材料的制备方法。

背景技术

三元材料是锂离子二次电池的一种正极活性材料，对电池的容量和寿命起到至关重要的作用，三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高。三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，例如523前驱体，即Ni：Co：Mn=5:2:3。随着科学技术的发展，各种电气化产品的诞生，锂离子二次电池的应用也更加广泛。对锂离子电池性能的要求也更加提高，优化现有工艺制备高端的三元材料，以便制成电池后产品的电化学性能得到改善，具有很重要的实用价值。

现有技术通常采用碳酸锂固体粉末作为锂的引入源与三元前驱体干法混合、烧结制备得到三元材料。这种以碳酸锂作为锂源的干法混合模式，锂源与三元前驱体接触不够充分，混合不够均匀，较难渗入三元前驱体晶界的空隙内，存在的晶面容易阻止锂离子的迁移，影响锂电池的性能。

因此需要一种新的高性能三元材料的制备方法，制备的三元材料产品制成电池后，电性能稳定，高电压下高温循环寿命得到提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备高电压下高温循环性能较好的三元材料的制备方法，特别涉及三元材料的配锂工艺。

为实现以上本发明的目的，本发明采用如下的技术方案：

一种高性能三元材料的制备方法，其特征在于在反应器中添加一定量的淀粉作为粘结剂配置成一定浓度的淀粉水溶液，将一定量的氢氧化锂作为锂离子的引入源加入到淀粉水溶液中形成混合溶液，再加入一定比例的三元前驱体，使其在湿法环境下进行物料的混合均匀，然后脱水、高温烧结、粉碎制得锂电池正极材料。

其中，所述淀粉加入量控制在所述淀粉水溶液质量的2%～10%。

其中，所述氢氧化锂加入量控制在所述混合溶液质量的20%～30%。

其中，所述锂与所述三元前驱体中总金属摩尔比为1.05～1.20:1。所述锂来源于氢氧化锂；所述总金属包括三元前驱体中的镍、钴、锰，可记为Li/N（N代表Ni、Co、Mn的金属总摩尔数，以下类同）。

其中，所述湿法环境下物料的混合时间为2～4小时。

其中，所述脱水工序将物料脱水后的水分控制在10%～15%，例如采用具有加热夹套、负压抽气的混料机，对物料进行烘干处理，但不限于此。

其中，所述高温烧结工序烧结温度曲线为2～3小时升至600℃，4～5小时升至960℃，然后保温9～10小时。

其中，所述粉碎工序将制备的三元材料的粒度控制在9～13μm，单晶颗粒在1～4μm，例如采用气流粉碎，但不限于此。

令人欣喜的是，采用本发明制备的三元正极材料，在条件测试、3～4.5V电压、50周，容量保持率在90%以上。

本发明方法生产的三元正极材料，通过配锂方法的改进，锂离子均匀的分撒于水溶液中，与三元前驱体的接触面积极具增大，这样更易渗入三元前驱体晶界的空隙内，在烧制过程中使得单晶颗粒在以往的≤1μm基础上长大至1～4μm 。单晶颗粒的长大，晶面的减少，使得锂离子的迁移更加的容易，电阻率明显降低，因此该产品制备的电池性能得以提升。

此外，本发明还具有如下有益效果：1）工艺流程简单，反应易于控制；2）本发明工艺条件所生产的三元材料产品制成电池后，电性能稳定，高电压下高温循环寿命得到提高。

附图说明

图1为改进前三元材料的扫描电镜谱图。

图2为本发明实施例1制备样品的扫描电镜谱图。

图3为经本发明改进前后三元材料样品在3～4.5V、45℃下、0.7C电性能循环数据谱图; 其中a为改进前，b为改进后。

具体实施方式

下面结合更具体的实施方式对本发明做进一步展开说明，但需要指出的是，本发明的高性能三元材料的制备方法并不限于这种特定的工艺或配比。对于本领域技术人员显然可以理解的是，以下的说明内容即使不做任何调整或修正，也可以直接适用于在此未指明的其他工艺参数。

实施例1

混料罐300m³，加入97kg的去离子水，然后加入3kg的淀粉，配置成浓度为3%的淀粉溶液。按照加入35.00kg的氢氧化锂，配置成混合溶液浓度为25.9%氢氧化锂混合溶液。然后加入64.70kg的三元523前驱体，控制Li/N比为1.10。