[发明专利]一种生产高容量523型三元正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料粉末加工技术领域，特别涉及一种生产高容量523型三元正极材料的方法。

背景技术

近年来，为应对汽车工业迅猛发展带来的诸如环境污染、石油资源急剧消耗等负面影响，各国都在积极开展采用清洁能源的电动汽车EV以及混合动力电动车HEV的研究。其中作为车载动力的动力电池成为EV和HEV发展的主要瓶颈。锂离子电池正极材料作为锂离子电池的核心部分之一，历来是人们研发的重点，提高正极材料的性能是提高锂离子电池性能的关键。正极材料的好坏也直接决定了锂离子电池的性能和价格。商业化的锂离子电池主要采用LiCoO₂作为正极材料，LiCoO₂存在安全性和耐过充性问题，Co属于稀有资源，价格昂贵，且金属钴容易对环境造成污染。而LiNiO₂的稳定性差，容易引起安全问题，需在氧气气氛下合成，并且容易发生阳离子混排和生成非化学计量结构化合物。锰系正极材料价格低廉，资源丰富，分布广泛，其中层状LiMnO₂是一种热力学不稳定材料，容量虽高，但是在充放电过程中层状结构会向尖晶石型结构转变，导致比容量衰减快，电化学性能不稳定。LiMn₂O₄在循环过程中容易发生晶型转变以及锰离子的溶解和Jahn-Teller效应，导致电池容量衰减。LiFePO₄可称为零污染正极材料，由于其在价格便宜和高安全性方面的优势，而倍受重视，近年来，该材料得到广泛研究和应用，但该材料电导率低，且振实密度小，因而，其应用领域依然受到很大限制。

综合LiCoO₂,LiNiO₂,LiMnO₂三种锂离子电池正极材料的优点，三元材料的性能好于以上任一单一组分正极材料，存在明显的协同效应，被认为是最有应用前景的新型正极材料。通过引入Co，能够减少阳离子混合占位，有效稳定材料的层状结构，降低阻抗值，提高电导率。引入Ni,可提高材料的容量。引入Mn，不仅可以降低材料成本，而且还可以提高材料的安全性和稳定性。   三元材料可以按照不同比例，由镍钴锰三种金属元素组成复合型过渡金属氧化物，用通式LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂来表示。现市场主要是LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂，LiNi_0.33Co_0.33Mn_0.33O₂，LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂三元正极材料。三元正极材料微观结构的改善和宏观性能的提高与制备方法密不可分，不同的制备方法导致所制备的材料在结构、粒子的形貌、比表面积和电化学性质等方面有很大的差别。目前LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂的制备技术主要有固相合成法、化学沉淀法、溶胶凝胶法、水热合成法、喷雾降解法等。

申请号：201210505675.2的中国专利公开了一种锂离子电池混合正极材，正极材料为钴酸锂系活性物质与锂镍钴锰系三元活性物质的混合材料；钴酸锂系活性物质A的中值粒径小于或等于15μm，锂镍钴锰系三元活性物质B的单晶粒子的粒径大于或等于1.0μm；通过在A和B的混合过程中加入金属氧化物并烧结后，使得金属氧化物均匀地分布于钴酸锂系活性物质A和锂镍钴锰系三元活性物质B的表面，并且使得钴酸锂系活性物质A和锂镍钴锰系三元活性物质B之间形成熔融网状层。上述混合正极材料在高电压下使用时，克容量≥156mAh/g，压实密度≥4.05g/cm3，且在高电压下具有良好的循环性能、高温存储以及安全特性。另外，申请号：201110237871.1 的中国专利公开了一种锂离子正极材料镍锰钴的制备方法，在氮气气氛下将镍、锰、钴离子混合液与沉淀剂进行反应，经过陈化、洗涤、干燥等工序得到镍锰钴氢氧化物前驱体，合成的前驱体材料具有球形的形貌、理想的粒度分布、较高的振实密度。将前驱体和锂源化合物、掺杂化合物混合，经二次烧结后制得镍锰钴三元复合正极材料。所述制备方法通过掺杂金属提高电池的放电容量，但是所述三元复合材料结合系数较低，制备晶粒结构相对不稳定，对于晶变控制较差。

发明内容