[发明专利]循环寿命高于3000次镍钴锰酸锂三元正极材料的工业化生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料生产技术，具体为一种循环 寿命高于3000次镍钴锰酸锂三元正极材料的工业化生产方法。

背景技术

锂离子电池作为一种重要的新能源，因其能量密度高、无记忆效 应、自放电率低、无污染等优势而倍受青睐。随着近些年对节能及环 保的需求日益增加，锂电池的应用亦愈趋广泛，而锂电池正极材料作 为其核心关键材料，该行业的发展前景十分理想。

锂离子电池已在手机、笔记本等产品中广泛应用，并且随着国家 的新能源推广，在电动汽车等方面应用呈现爆发式增长。正极材料决 定电池的能量密度和循环寿命等性能，是锂离子电池中最重要的组成 部分。

目前，具有层状堆积结构的镍钴锰三元正极材料凭借其高比容 量、循环性能优良、热稳定性好及价格低廉等优点迅速的被人们所研 究利用，是一种具有很大发展前景的高性能锂离子电池正极材料。正 极材料主要包括钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂等。钴酸锂 电化学性能稳定、碾压密度高，但价格昂贵、过充性能差、安全性能 差，磷酸铁锂循环性能优异，但低温性能差、能量密度低、批次稳定 性差；锰酸锂价格低廉，但存在能量密度低、高温循环差等缺点；镍 钴锰酸锂比容量高、安全性能高、成本较低，应用越来越广泛；但镍 钴锰酸锂存在循环性能差等缺点，2000周循环容量保持率仅80％，限 制其在动力电池领域的进一步推广应用。

目前，制备镍钴锰酸锂(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂)的常用方法有高温固相 法和共沉淀—高温固相法。高温固相法是将镍源、钴源、锰源、锂源 球磨均匀，再进行高温煅烧。该方法的缺点是难以将镍钴锰三种元素 混合均匀，因此就不能充分发挥三者的协同作用，而且制备的材料的 形貌很难控制，通常合成的粉体材料由无规则的颗粒组成，这种材料 的堆积密度低，流动性差，不利于正极材料的制作。另一种方法是共 沉淀-高温固相法，即先通过共沉淀法制备出镍钴锰氢氧化物前驱体， 再加入锂源烧结，得到镍钴锰酸锂，该方法在加入锂源后的烧结过程 中，基本不改变前驱体的形貌和粒度。而镍钴锰酸锂材料的形貌、粒 度在锂离子电池的诸多性能中起着关键的作用，合成出具有适宜形貌 和粒度的镍钴锰酸锂前驱体成为影响镍钴锰酸锂性能的关键。

中国专利公开号CN101630736A公开了一种锂电池三元正极材料 循环性能的改进方法，包括下述步骤：

检测：对锂电池三元正极材料进行检测分析，得到碳酸锂的含量， 所述锂电池三元正极材料为镍钴锰酸锂，且制备所述锂电池三元正极 材料时采用碳酸锂作为锂源化合物；

配比反应：根据碳酸锂的含量，按照化学反应式：TiO₂+Li₂CO₃＝ Li₂TiO₃+1/2CO₂的配比加入二氧化钛，烧结后得到含Li₂TiO₃的锂电池 三元正极材料。

中国专利公开号CN104810521A也公开了一种镍钴锰三元正极材 料的制备方法，其特征在于，包括如下歩骤：

(1)将镍盐、钴盐、锰盐按照一定的摩尔比混合，加入去离子水 搅拌溶解，制成混合盐溶液；将可溶性碱溶于去离子水中，配制成碱 溶液；将氧化剂溶于去离子水中，配制成氧化剂溶液；在25～80℃ 下，将碱溶液和氧化剂溶液分别以5mL/min～100mL/min的流速同时 加入到所述混合盐溶液中，匀速搅拌，待碱溶液和氧化剂溶液完全加 入后，密封反应釜，常压下继续搅拌反应3～8h，得到共沉淀反应混 合物；将上述共沉淀反应混合物进行固液分离，用去离子水洗涤3～ 4次，将过滤物置于烘箱中，在80～100℃下真空干燥12～24h，得 到三元正极材料前驱体；

(2)在上述三元正极材料前驱体中加入锂盐混合研磨，锂盐的加 入量为Li:(Ni+Co+Mn)摩尔比为1～1.2：1，研磨均匀后，进行高温 固化反应：先在500℃下保温5h，再升温到900℃下烧结24h，得到 正极材料LiNi_0.8Co_0.15Mn_0.05O₂；