[发明专利]一种双气氛焙烧动态包覆富锂三元锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种双气氛焙烧动态包覆富锂三元锂离子电池正极材料的制备方法，包括：1)按照摩尔比称取锰源、镍源和钴源，配制混合盐水溶液；2)配制混合碱溶液；3)进行阶梯控温反应；4)陈化，抽滤、洗涤干燥，得到镍钴锰碳酸盐前驱体；5)进行双气氛焙烧，得到镍钴锰氧化物；6)按分子式Li_1.15Mn_0.52Ni_0.26Co_0.07O₂在混合机中混合焙烧后产物和锂源，锂元素过量2％－5％，得到物料Ⅲ；7)将物料Ⅲ在空气气氛中焙烧，焙烧温度880－920℃，焙烧时间10－24h，得到物料Ⅳ；8)将物料Ⅳ和去离子水加入反应釜中，搅拌均匀；向反应釜中滴加硫酸氧钛溶液和氨水，控制反应釜中的pH＝9‑11，反应完全后抽滤、洗涤干燥得到物料Ⅴ；9)动态钛酸锂包覆；10)将物料破碎，过筛。

技术领域

本发明属于锂离子二次电池正极材料技术领域，特别是涉及一种双气氛焙烧动态包覆富锂三元锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

普及应用新能源汽车的关键是要实现其经济性和使用的便利性与传统燃油汽车相当。动力电池是新能源汽车的核心部分，其中锂离子电池在成本、能量密度方面具有明显的优势，能够大幅度提升新能源汽车的经济性和使用的便利性，锂离子电池体系中的正极材料是决定性因素。新能源汽车应全部或部分采用电力驱动，与传统燃油汽车相比，新能源汽车能够减少燃料消耗，但是目前新能源汽车在全生命周期内燃料消耗节省的费用尚不能抵消所增加的成本。若纯电动汽车续航里程达到400公里，在电池系统成本降低至1.0元/Wh以下的条件下，全生命周期内的经济性才能够接近传统燃油汽车。提升新能源汽车的使用便利性，增加纯电驱动行驶的续航里程是关键。为增加续航里程，必须增加搭载动力电池系统存储的能量，在不显著增加新能汽车重量和体积的前提下，必须提高动力电池的比能量和能量密度。若纯电动汽车续航里程达到400公里，动力电池系统比能量需要提升至250Wh/kg左右，单体电池比能量需提升到350Wh/kg。

富锂三元材料具有比容量高、成本低、安全性能好等特点，是新一代锂离子动力电池比能量密度达到350Wh/kg目标最具应用前景的候选正极材料之一。

基于富锂三元材料高比容量高电压的优异性能，国内很多公司和研究机构近十年都投入了大量的精力对其进行研究。但富锂三元材料仍存在如下问题：

1.富锂三元材料的锰含量较高，为了防止前驱体制备过程中氧化，常见的制备方法是首先以碳酸盐为沉淀剂通过共沉淀法制备得到元素均匀分布的前驱体，然后再混入锂源，并通过高温固相反应制备得到最终产品。但碳酸盐前驱体金属含量很低，且烧结过程中同时存在碳酸盐分解和金属氧化两个过程，极易导致球形颗粒破裂，影响产品碾压密度和加工性能；

2.循环过程中结构会发生变化，导致材料首次库伦效率较低，循环性能较差。

发明内容

为解决公知技术中存在的技术问题，本发明提供一种振实密度高、加工性能和循环性能好、库伦效率较高的双气氛焙烧动态包覆富锂三元锂离子电池正极材料的制备方法。

为此，本发明的技术方案如下：

一种双气氛焙烧动态包覆富锂三元锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照摩尔比Mn：Ni：Co＝0.52:0.26:0.07称取锰源、镍源和钴源，配制金属离子总浓度为1－2mol/L的混合盐溶液；

2)在1－2mol/L碳酸钠溶液中加入氨水，使溶液中氨水浓度为0.25－0.5mol/L，标记为混合碱溶液；

3)阶梯控温反应：在搅拌速度为500－800转/分钟、温度为10-20℃的条件下，向容器中滴加所述混合盐溶液和混合碱溶液，控制溶液pH＝7.8－8.2；反应1－3h后，反应温度为50－60℃；