[发明专利]一种高倍率高安全性镍钴锰酸锂三元材料的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明属于锂离子电池正极材料制备技术领域，具体涉及一种高倍率高安全性镍钴锰酸锂三元材料的制备方法。

【背景技术】

锂离子电池除具有高能量密度外，还具备无记忆效应、自放电小等优点，成为电动自行车、电动汽车用动力电池的首选。但目前的锂离子电池倍率性能一般较差(仅3C)，使得充放电时间过长。低倍率导致电池大电流功放能力差，电动汽车难以获得加速、爬坡等大电流动力驱动功能；大电流承受能力差还会加剧电源释放大电流时的热失控安全风险，并直接导致电池实际寿命的锐减。目前的超级电容器具有快速充放电(高倍率)、大功率密度、高安全性、长循环寿命等优点，但其工作电压一般不超过3V，能量密度一般很低，难以支持长时长距离的电动续航要求。

作为锂离子电池的重要组成部分，正负极材料是制约着锂离子电池容量、倍率性能、安全性能、循环次数、使用寿命和产品价格等的关键因素。传统电池储能容量(能量密度)与充放电速率(功率密度)成反比关系，即充放电越快(高倍率性能)，存储或释放的能量就越少。因此，电化学储能领域迫切需要开发一种高倍率、高容量、电化学性能优良，成本低廉的正极材料。对现有锂离子电池正极材料进行优化改性是全球范围内电化学储能技术研究和开发的重点和焦点。

用于锂离子电池的正极材料镍钴锰酸锂三元材料具有电压平台高、比容量大、常温循环性能好、能量密度高、自放电小等优点，但是同钴酸锂相比，其主要缺点就是电导率低和压实密度不高，极大地制约了该材料在高能量密度的锂离子电池上使用。但同时镍钴锰酸锂三元材料由于其镍含量高，材料稳定性较差，安全性较差，容量大的镍钴锰酸锂三元材料锂离子电池，很难通过针刺和过充等安全测试。因此，寻求一种能有效提升电池倍率性能和安全性能三元材料是亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高倍率高安全性镍钴锰酸锂三元材料的制备方法，本发明制备方法制得的高倍率高安全性镍钴锰酸锂三元材料，不仅具有内阻小，放电倍率性能好，同时该材料具有较高的安全性，有效解决了镍钴锰酸锂正极材料锂电池的高温、过充、针刺条件下的安全性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一种高倍率高安全性镍钴锰酸锂三元材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将前驱体(NixCo_yMn_z)OH过筛后，在450～550℃温度下煅烧5～8小时，即得到前驱体氧化物(NixCo_yMn_z)₂O；

(2)将步骤(1)所得的前驱体氧化物(NixCo_yMn_z)₂O，过筛后与电池级碳酸锂或氢氧化锂按照Li:NixCo_yMn_z＝(1+a):1的摩尔配比，其中0.03≤a≤0.07同时加入平均粒度D50为200nm钨的纳米化合物，使混合料中钨的纳米化合物的质量含量为混合料总质量的0.15％-0.20％，混料机转速为100～200转/分钟，混料机采用干法方式1.5～3小时进行充分混合；

(3)将步骤(2)得到的混合物装入匣钵压实，在空气气氛中700～850℃温度下恒温加热12～18h进行焙烧反应，完成后自然冷却8～12h取出粉末粉碎、过筛，即得到高压高倍率镍钴锰酸锂三元材料；

(4)将步骤(3)得到高倍率镍钴锰酸锂三元材料与Li₂MnO₄按照(1-y):y的质量比例进行配比，其中0.1≤y≤0.15；在环境湿度小于35RH％的环境中，在球料质量比为1：(5～6)的条件下，采用非金属研磨球在内衬为耐磨非金属材料的不锈钢球磨罐内，球磨罐的转速为30～500转/分钟，进行1～3小时干法球磨混合，球磨后过筛即得到高倍率高安全性镍钴锰酸锂三元材料。

本发明所述钨的纳米化合物为钨的氧化物、氢氧化物或两者任意含量的组合物；钨的纳米化合物因为纳米尺寸下的量子尺寸效应，使钨的纳米化合物在低温下具有超级导电作用，其中氧化钨(纳米WO₃)的导电率达到2.5×10⁶S/m，接近金属铝的导电率，以减少了正极材料与铝箔或负极材料与铜箔的接触电势，降低了电极阻抗和发热量，大大提升了电池的倍率性能。