[发明专利]一种预烧贫锂工艺制备低钴无钴正极材料的方法及其应用

说明书

本发明涉及三元正极材料合成技术领域，具体为一种预烧贫锂工艺制备低钴无钴正极材料的方法剂及其应用。通过设计预烧工艺，尤其是控制预烧工艺的条件为：以4‑6℃/min的升温速率升温至300℃‑750℃，预烧时间为3h‑24h；使前驱体有足够的时间吸附氧并更容易与锂源反应，三元正极材料更易达到锂化，且有效避免了剧烈的反应温度导致的锂源损失问题，实现使用更少的锂源，而获得同等水平的电化学性能。

技术领域

本发明涉及三元正极材料合成技术领域，具体为一种预烧贫锂工艺制备低钴无钴正极材料的方法剂及其应用。

背景技术

常见的太阳能、风能等能量的转换都需要核心存储器件，而锂离子电池作为新能源的存储器件已不可或缺。正极材料是锂离子电池最为关键的原材料，占锂离子电池成本的30％以上。但随伴随着锂离子电池的快速发展，稀缺资源金属钴和金属锂，其昂贵的价格一定程度的限制锂离子电池的快速发展。

然而，传统制备工艺在合成过程中采用一次焙烧锂化工艺，不仅锂化程度低而且剧烈的反应温度会大幅度损失锂源，导致三元材料焙烧过程中，加入过量的锂源而并未被充分利用，进而增加了材料成本。如中国专利申请(授权号为 CN109616663B)公开的一种镍钴铝三元正极材料、制备方法及锂离子电池，具体通过制备三元正极材料前驱体，将前驱体研磨后与锂盐混合焙烧制备得到三元正极材料，但是一次焙烧锂化工艺存在的缺陷不可忽视。

发明内容

为了进一步有效提升三元正极材料的性价比，我们提供一种预烧贫锂工艺制备低钴无钴化正极材料的方法，一方面降低三元材料中钴含量的比例，另一方面在合成三元正极材料中充分利用有限的锂，通过两者协同作用进而达到降本增效的正向结果。

本发明提供了一种预烧贫锂工艺制备低钴无钴化正极材料的方法，至少包括以下步骤：

(1)将前驱体与锂源按金属比进行高速混合得到混合料；

(2)将混合料全部装钵后于空气氛围中，进行预烧工艺，待物料自然冷却后进行机械破碎得预烧料；

(3)将预烧料装钵后于空气氛围中，进行再次焙烧，待自然冷却后即得。

作为一种优选的技术方案，所述步骤(1)中前驱体含有金属元素镍、钴、锰；所述镍、钴、锰的来源为金属氢氧化物、金属碳酸盐、金属氧化物、金属硫酸盐中的一种；优选的，所述步骤(1)中前驱体为Ni_xCo_yMn_z(OH)₂、Ni_xCo_yMn_zCO₃、 Ni_xCo_yMn_zO、Ni_xCo_yMn_zSO₄中的一种，其中x、y、z分别为镍钴锰前驱体中镍、钴、锰元素占镍、钴、锰总摩尔量的摩尔比，0≤y≤0.1，0≤x≤1，0≤z≤1。

作为一种优选的技术方案，所述步骤(1)中锂源为有机酸锂、烷基醇锂、无机酸锂中的一种；

优选的，所述烷基醇锂选自乙醇锂、甲醇锂、异丙醇锂、丁醇锂；所述有机酸锂选自乙酸锂、甲酸锂；所述无机酸锂选自LiNO₃、LiNO₂、Li₂CO₃、Li₂SO₄、 Li₂SO₃、LiClO₄、LiMnO₄。进一步优选的，所述步骤(1)中锂源为无机酸锂，所述无机酸锂为Li₂CO₃。

作为一种优选的技术方案，所述步骤(1)中金属比(摩尔比)为Li：Me (镍+钴+锰)＝(0.8-1.5):1；