[发明专利]一种改良的锂离子电池正极材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源材料领域，更具体的说，涉及一种改良的锂离子电池正极材料制备方法。

背景技术

从日本Sony公司成功推出商业化的锂离子电池之后，锂离子电池因其高能量密度、高功率密度、长寿命、无污染和低自放电率等优点，在消费类电子产品、电动工具、电动汽车、储能等众多领域获得了广泛的应用。正极材料是锂离子电池最关键的组成部分，它是锂离子电池中锂离子的来源，影响电池能量密度、功率密度、循环寿命和安全性能的重要因素。当前应用最为广泛的正极材料为层状钴酸锂LiCo₂O₂、尖晶石锰酸锂LiMn₂O₄和橄榄石型磷酸铁锂LiFePO₄，但前者资源少、价格高、安全性差，后两者能量密度低，越来越无法满足人们对于锂离子电池高能量密度的要求。

具有高比容量的三元材料LiNi_xCo_yMn_zO₂、LiNi_xCo_yAl_zO₂和富锂锰基材料Li_1+aNi_xCo_yMn_zO₂，因其高能量密度的优势，越来越引起人们的重视并逐渐获得关注和应用。此类材料的制备方式与其它钴酸锂或锰酸锂类似，大多采用干混后高温固相烧结。但按照常规的固相混料法，将各组成原料混料后烧结得到的材料大多含有杂相，电化学性能较差，原因在于此类材料的组成元素众多难以通过简单的干混方式实现均匀混料效果。因此，在此类材料的合成过程中，常规方式是：配制前驱溶液，通过氢氧化物或碳酸盐共沉淀法制备相对应的前驱体，再将锂盐与前驱体混合均匀后进行高温烧结。因此前驱体的性能极大程度的影响了此类材料的性能。

为了获得高振实密度、高比容量、循环性能优异的三元或富锂锰基材料，对于前驱体的主要要求是：一次颗粒元素分布均匀、粒度适当，组装成的二次颗粒较为紧密、形貌为球形或类球形、粒径为微米级别，粉体振实密度高。当然，对于前驱体还有其他要求，例如：杂质元素含量低，碳硫含量低，水分少，pH值低等。

三元材料或富锂锰基材料常规的混料工艺中，人们利用硬质磨料球的碰撞挤压，将原料混合均匀，并伴随着磨料球对原料颗粒的破碎。因此，常规的混料工艺导致三元或富锂锰基前驱体的二次颗粒破碎，导致前驱体球形形貌破坏，颗粒粒径降低，振实密度减小，比表面积增大；烧结后成品材料的粒径和振实也降低，比表面增大提升了与电解液的接触面积，导致副反应增加，降低了材料的循环性能和安全性能。

为了避免此种情况的发生，人们通过：(1)降低混料转动速率，从而降低磨料球对原料的碰撞力度，尽可能降低前驱体的破损程度。但混料转动速率的降低，必然带来混料效率的降低和混料时间的增加，延长生产周期和增加生产成本。(2)引入聚四氟乙烯、聚氨酯等低硬度塑性高分子磨料球，或者表层包覆有聚四氟乙烯、聚氨酯等低硬度塑性层的不锈钢或氧化锆磨料球，通过降低磨料球的硬度来减少对前驱体的破碎。此方法被动减小撞击力度，改进程度有限。本发明通过引入固体润混剂，提升原料润滑性，提升混料效果并降低料球撞击力，保持前驱体特殊形貌，提升三元材料的振实密度、粒度和电化学性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改良的锂离子电池正极材料制备方法，生产工艺简单、易实现规模化生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：引入固体润滑剂，并将流动性较差的锂盐与润滑剂先预混，再加入过渡金属前驱体进行干混；提升原料润滑性，提升混料效果的同时，减小料球对原料的冲击，保持前驱体的特殊形貌；在一定温度下预烧去除润滑剂，再进行高温热处理得到最终的三元材料。

一种改良的锂离子电池正极材料制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)称取正极材料前驱体和锂盐，按化学式中摩尔比例计算，锂元素过量范围为0～15％，称取占原料质量0.25～10％的固体润滑剂，将锂盐和固体润滑剂预混，再加入正极材料前驱体进行干混；

(2)将步骤(1)中得到的干混混合物升高温度至200～500℃，保温0.5～8h，使固体润滑剂分解并反应完全，继续升高温度至750～1000℃进行烧结，处理8～24h，即得。