[发明专利]一种掺杂型大颗粒镍钴锰酸锂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种掺杂型大颗粒镍钴锰酸锂的制备方法，包括：将镍钴锰酸锂的前驱体与掺杂元素M的化合物于高速混料机进行混合，高速混料机以正反交替的方式运转，转速为1000～5000转/分，以得到10～100nm的非定形态超细颗粒；将所得非定形态超细粉末进行烧结，快速冷却，得到掺杂M元素的镍钴锰酸锂前驱体；将所得掺杂M元素的镍钴锰酸锂前驱体与锂盐混合，并于1～5MPa的氧压环境进行烧结，快速冷却，即得。本发明的方法工艺简单、操作方便、环境友好，且制备出电化学性能优异、循环性能好、振实密度大的掺杂型大颗粒镍钴锰酸锂材料，用于锂离子电池时呈现优异的物理性能、结构稳定性和充放电循环性能，有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别涉及一种掺杂型大颗粒分散镍钴锰酸锂及其制备方法。

背景技术

随着当今社会对清洁、可持续能源的开发与需求进一步提升，锂离子电池因具有能量密度高、无记忆效应、环境友好、可持续充放电等优异特性，已从早期以钴酸锂为正极材料的移动电源、3C数码类产品为转向更为强大的汽车动力电池市场。由于传统常见的锂离子电池正极材料，如：镍酸锂、钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂等都不能满足目前乘用车续航里程、功率和能量密度要求，为解决这一问题，近两年来，我国对新能源补贴新政的调整，特别是对汽车动力电池续航里程要求提高，迫使国内新能源电池及其产业链纷纷由磷酸铁锂转向镍钴锰酸锂材料市场。同时为了提升电池能量密度以及循环性能的要求，对锂离子电池正极材料的压实密度以及循环性能都有了进一步的要求。制备大颗粒分散镍钴锰酸锂有助于增进锂离子电池的压实密度以及电化学性能。

锂离子电池镍钴锰酸锂正极材料压实密度与电化学性能不仅与自身制备工艺相关，与材料的形貌以及化学组分有关。常见的形貌调控手段主要是通过特殊工艺制备不同形貌前驱体得到形貌不同的镍钴锰酸锂正极材料。现有技术公开了高容量高压实密度正极材料的制备方法，通过采用两种不同直径的前驱体按照一定的配比混合改变了前驱体材料的粒度分布，改善压实不足的缺点，通过先将前驱体与添加剂进行混合然后低温预处理，使得掺杂元素均匀分布于产品体相中，改善了材料的稳定性和循环性能，但此方法所制得的材料循环性能远无法满足产业要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、操作方便、且环境友好的制备出电化学性能优异、振实密度大的掺杂型大颗粒镍钴锰酸锂材料的制备方法。还提供一种该方法制备的掺杂型大颗粒镍钴锰酸锂材料，所制备的正极材料应用于锂离子电池时表现出优异的物理性能、结构稳定性和充放电循环性能，具有良好的应用前景。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种掺杂型大颗粒镍钴锰酸锂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将镍钴锰酸锂的前驱体与掺杂元素M的化合物于高速混料机进行混合，高速混料机以正反交替的方式运转，转速为1000～5000转/分，以彻底破坏前驱体的原有形貌得到化学活性更高的10～100nm的非定形态超细颗粒；

(2)将所得的非定形态超细粉末进行烧结，然后进行冷却，得到掺杂M元素的镍钴锰酸锂前驱体；

(3)将所得的掺杂M元素的镍钴锰酸锂前驱体与锂盐混合，并于氧压为1～5MPa下进行烧结，然后再进行快速冷却，即得。

上述的掺杂型大颗粒镍钴锰酸锂的制备方法，优选地，步骤(4)中，所述快速冷却的速度为50～400℃/秒。

上述的掺杂型大颗粒镍钴锰酸锂的制备方法，优选地，步骤(1)中，所述转速优选为2000～5000转/分。

上述的掺杂型大颗粒镍钴锰酸锂的制备方法，优选地，步骤(2)中，所述烧结的温度为400℃～1000℃，优选为500℃～800℃；所述烧结的时间为1h～20h，优选为5h～17h。