[发明专利]一种高容量锂二次电池用正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高容量锂二次电池用正极材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料制备技术领域。本发明通过将两种镍钴锰氢氧化物前驱体按照一定质量比准确称量加入高速混合机，同时按锂金属比精确称量锂源、添加剂加入该高速混合机，混合均匀；将制备的混合粉末装入坩埚并进入辊道窑中。三段保温方式烧制；出炉后，经过粗粉碎，细粉碎，过筛，除铁，包装得到通式为Li_aNi_xCo_yMn_zM_bO₂的正极活性物质。本发明采用的是氧气和空气的混合气，根据烧成阶段不同调节氧气浓度，烧成次数为一次，大大节约了成本；本发明使用的锂源为碳酸锂，减少了氢氧化锂带给设备和人员的腐蚀和危害，对环境水份要求相对较低，操作简便，容易规模化生产。采用掺杂技术，有效的提高了正极材料的高温性能，高温循环长，高温存储性能好。

技术领域

本发明涉及一种高容量锂二次电池用正极材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料制备技术领域。

背景技术

对于锂离子电池来说，正极材料是决定其循环性能和安全性能的关键因素，约占锂电池总成本的40％。正极材料中所含的锂离子不仅需要在充放电过程中反复脱出嵌入形成电流，而且还需要在负极材料表面形成SEI(Solid ElectrolyteInter-phase)膜。因此，锂离子电池体系中正极材料是制约其发展的关键性因素。

目前主要的正极材料有以下几种：LiCoO₂，LiMn₂O₄，LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，LiNiO₂，LiFePO₄。LiCoO₂已实现商品化生产，但其制备工艺需进一步改进和完善，此外，受钴资源缺乏的制约和LiCoO₂抗过充能力差的影响，LiCoO₂在大容量电池中的应用受到限制。LiMn₂O₄具有低成本、环保、低温性能好、安全性能好等优点，但其能量密度低、高温循环性能差、碳做负极时锰溶解问题突出。LiNiO₂容量比钴酸锂有所提高，但制备成本高、过充存在安全性问题。磷酸盐体系可降低成本、具有高充电性和安全性等优势，但其电导率低而且体积能量密度低，制备工艺复杂，因而其应用领域受到很大限制。LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂材料由于其稳定的电化学性能，高的放电容量和好的放电倍率，而且放电电压范围很宽，安全性很好，受到越来越多人的青睐。人们发现：LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂材料中Ni、Co、Mn比例可在一定范围内调整，并且其性能随着Ni、Co、Mn比例的不同而变化。其中高镍型(例如622，811型)以其高能量密度，长循环等优点备受各大电池厂商的青睐。

中国专利公告号CN 105789581 A提供了一种高容量富锂622型三元正极材料的生产方法，其步骤包括在碳酸锂与三元前驱体LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2(OH)₃中掺入金属氧化物添加剂，通过水洗、二次烧结工艺、粉碎、除铁、混合最后得到三元正极材料。中国专利公告号CN106711414 A提供一种锂离子电池811型三元正极材料制备及改性方法，大致步骤如下，首先将原料采用溶胶-凝胶法得到凝胶，加热干燥后，经过两次灼烧研磨后得到正极材料，然后将正极材料与包覆悬浮于去离子水中，恒温搅拌，而后静置、过滤、洗涤、干燥，经煅烧得到三元正极材料。上述对高镍产品的生产不仅步骤长，能耗高，而且工业化生产很难实现，反应过程很难控制。中国专利公告号CN 106410118 A提供一种622型锂电池正极材料镍钴锰酸锂的制备，其中并没有对前驱体和三元正极材料的粒径分布和掺杂元素做出设计，也没有对合成过程中的气体做出规定，然而每项工艺的规定都对设备和产品质量产生巨大的影响。