[发明专利]一种TiN包覆的镍钴锰三元正极材料及其制备方法在审

专利信息
申请号: 202010880763.5 申请日: 2020-08-27
公开(公告)号: CN112174222A 公开(公告)日: 2021-01-05
发明(设计)人: 许益伟;吉同棕;周浩;王明;吴有志;毛秦钟;王寅峰;钱志挺;吴海军 申请(专利权)人: 浙江美都海创锂电科技有限公司
主分类号: C01G53/00 分类号: C01G53/00;C01B21/076;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
代理公司: 北京汇捷知识产权代理事务所(普通合伙) 11531 代理人: 李宏伟
地址: 312300 浙江省绍兴市*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 tin 镍钴锰 三元 正极 材料 及其 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种TiN包覆的镍钴锰三元正极材料及其制备方法,属于锂离子电池制备技术领域。一种TiN包覆的镍钴锰三元正极材料的制备方法,包括共沉淀反应、一次烧结、二次烧结、鄂破、对辊、粉碎、过筛过程,方法简单易实现,对设备和相关条件可控易操作;所得三元正极材料作为电池正极材料表现出很好的倍率性能和优良的循环性能,弥补了现有技术的不足。

技术领域

本发明属于锂离子电池制备技术领域,具体涉及一种TiN包覆的镍钴锰三元正极材料及其制备方法。

背景技术

随着20世纪80年代“摇椅式电池”概念的提出,锂离子电池的发展获得了突破性进展,其凭借循环寿命长、能量密度高、无记忆效应、快速放电、自放电率低、工作温度范围宽和安全可靠等优点,已经在手机、数码相机、笔记本电脑等便携式电子设备上得到了广泛应用。随着电动汽车和智能电网等新技术的兴起锂离子电池技术将有着更为广阔的发展前景。锂离子电池作为近20年发展最快的二次电池,被称为“最有前途的化学电源”,是“21世纪的绿色二次电池”,成为人们关注和研究的焦点。

目前最具潜力的锂离子电池正极材料非三元材料莫属。世界著名的电动汽车特斯拉使用的镍钴铝电池就是三元材料的一种。三元材料在电压以及容量方面优于其他正极材料。但是高电压又会导致电解液的分解,研究发现,电解液的氧化分解会在正极材料表面形成SEI膜,这层膜会严重阻碍锂离子的正常脱嵌,随着循环次数的增加,有效锂将会越来越少,进而造成容量严重衰减。

研究发现,钛氮包覆不仅不会影响到材料的形貌和结构,而且热氮处理后,在正极材料颗粒表面会形成无定形的TiN层,这种高导电的包覆层,不仅可以降低正极材料与电解液的接触,而且可以显著增强正极材料的导电性,有利于电池材料倍率性能和循环性能的提升。

发明内容

基于上述存在的问题,本发明提供了一种TiN包覆的镍钴锰三元正极材料及其制备方法,这种三元正极材料具有优良的倍率性能和循环性能;且制备方法简单,所用设备和制备条件可控易操作。

本发明解决其技术问题的解决方案是:

一种TiN包覆的镍钴锰三元正极材料的制备方法,包括下列步骤:

S1.向反应釜中通入氮气排掉釜内空气后,将可溶性混盐溶液与氢氧化钠溶液、氨水同时通入带有底液的反应釜中,进行共沉淀反应,反应结束后将产物进行陈化、洗涤、烘干、除铁,得镍钴锰三元前驱体;

S2.将分散剂、镍钴锰三元前驱体、氢氧化锂混合、球磨2-3h后进行真空干燥;再在富氧气氛条件下,将干燥所得粉末进行一次烧结,得镍钴锰三元正极材料;

S3.将S2所得镍钴锰三元正极材料进行鄂破、对辊、粉碎、过筛;

S4.将过筛后的镍钴锰三元正极材料与含钛化合物、含氮化合物进行湿磨混合、真空干燥;再在富氧气氛条件下,将干燥所得粉末进行二次烧结,再经鄂破、对辊、粉碎、过筛,得TiN包覆的镍钴锰三元正极材料。

进一步地,在步骤S1中,所述可溶性混盐溶液为可溶性镍盐、钴盐、锰盐的混合溶液。

进一步地,在步骤S1中,所述共沉淀反应的条件为:反应釜内氨值5-6g/L;反应温度45-65℃,粒度为3.5-4μm。

进一步地,在步骤S1中,所述氢氧化钠溶液的浓度为4-6mol/L。

进一步地,在步骤S2中,所述富氧气氛的氧体积浓度为99%;所述一次烧结温度为750-900℃,保温时间10-35h。

具体地,在所述步骤S2和S4中,真空干燥用设备首选动态旋转干燥设备,包括犁刀真空干燥机、双锥真空干燥机、喷雾干燥机;优选地,动态旋转干燥设备为双锥真空干燥机。

进一步地,在步骤S3中,所述对辊夹缝间距:0.1-0.5mm;气流粉碎频率:20-60Hz。

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