[发明专利]锂离子电池用镍钴锰酸锂正极材料前驱体及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用镍钴锰酸锂正极材料前驱体及其生产方法，具体地讲，涉及一种制备镍钴锰酸锂正极材料用高密度镍钴锰氧化物及其生存方法。

背景技术

锂离子电池用镍钴锰酸锂正极材料（三元材料）具有比容量高、热稳定性好、价格低廉等优点，是替代钴酸锂材料中最具潜力的一种正极材料，在电动车、电动工具等动力领域具有很好应用前景。

现有制备锂离子电池用三元材料的前驱体大都是采用共沉淀法得到的镍钴锰氢氧化物或碳酸盐作为前躯体。该前驱体形貌为球形，平均粒径（D50）为5~15 μm，密度较低，松装密度在1.5 g/cm³左右，振实密度在1.8 g/cm³左右。采用该前驱体制备三元材料，在后续高温煅烧反应过程中将分解产生大量的气体，在材料内部产生气孔，降低材料的密度，影响材料的体积能量密度。由此，可将沉淀得到的镍钴锰氢氧化物或碳酸盐进行热分解，生成镍钴锰氧化物作为前躯体，该前躯体更有利于后续处理过程中与含锂化合物的进一步均匀混合。

CN101284684A公开了一种锂电池正极材料镍钴锰酸锂前驱体的制备方法，其前驱体的化学组成为(Ni_xCo_yMn_1-x-y)₃O₄，其中x+y<1，其特征在于，其制备过程是在含有可溶性镍盐、钴盐、锰盐的溶液中加入含有氨水的碱液进行共沉淀反应，再将沉淀产物进行煅烧，得到氧化物(Ni_xCo_yMn_1-x-y)₃O₄。该制备方法，流程较长，生产效率较低；此外，不可避免产生大量废水，废水直接排放会对环境造成较严重的污染，而废水处理达标排放成本高，经济效益差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种工艺简单，生产效率高，对环境污染少，生产成本低的高密度镍钴锰氧化物及其生产方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明之镍钴锰氧化物化学式为(Ni_1-x-yCo_xMn_y)O_δ，其中0.5<δ<1.5，0<x<1，0<y<1，0<x+y<1；平均粒径D50为5~15 μm，松装密度≥1.8 g/cm³，振实密度≥2.5 g/cm³。

本发明之镍钴锰氧化物的生产方法，包括以下步骤：

（1）镍钴锰合金粉的制备

将金属镍、钴、锰按照摩尔比为(1-x-y): x: y的比例混合配料，其中0.5<δ<1.5，0≤x<1，0≤y<1，0<x+y≤1，然后放入高温熔炉中，在有惰性气体或氮气保护条件下，升温至合金熔点以上温度熔融，熔融后进行雾化造粒，得到镍钴锰合金粉；

（2）将镍钴锰合金粉氧化为镍钴锰氧化物

将经步骤（1）所得的镍钴锰合金粉置于带搅拌通气的氧化炉中，搅拌，搅拌速度为50~100 r/min，通入压缩空气或氧气，气压为0.3~0.8 MPa，使物料保持在动态状况下进行焙烧氧化，氧化温度为400℃～1000℃（优选700℃～900℃），氧化时间为0.5 h～10 h（优选1 h～6 h）；氧化后的产物最后转入气流磨进行破碎处理，耗气量为1~1.5 m³/min，空气压力为0.8~1 MPa，破碎至平均粒径D50为5~15 μm。

所得镍钴锰氧化物成品松装密度≥1.8 g/cm³，振实密度≥2.5 g/cm³。

本发明之锂离子电池用三元材料前驱体生产方法，直接采用镍、钴、锰金属作为原料，通过高温雾化制成均匀的合金粉末，再进行氧化和与锂化合物焙烧锂化的方法进行生产，最大程度提高产物的密度；反应过程为固—固或固—气反应，无液相反应，不产生任何废水和废气，环境友好；不需要过滤和干燥，工艺过程简单，生产效率高；不采用高价的可溶性金属盐及复杂的设备系统，与现有工艺相比在原材料、设备及人力等方面都具有成本优势；通过金属熔融态，可以实现三种金属原子级的均匀混合；制得的镍钴锰氧化物密度大，粒度可控，满足锂离子电池正极材料的要求，更有利于后续处理过程中与含锂化合物进一步均匀混合。

附图说明