[发明专利]一种高安全性高压实密度镍钴锰酸锂NCM523三元材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料制备技术领域，涉及用于锂离子电池的高压实密度镍钴锰酸锂NCM523三元材料的制备方法。 

  

背景技术

为了逐步解决制约当前经济发展的能源短缺和大气污染问题，锂离子电池因具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、污染少、无记忆效应、体积小、重量轻、无环境污染等优点，近年来在技术、生产、市场上获得了快速发展，已形成了一个大的新型产业。 

用于锂离子电池的正极材料镍钴锰酸锂NCM523三元材料具有电压平台高、比容量大、常温循环性能好、能量密度高、自放电小等优点，但是同钴酸锂相比，其主要缺点就是电导率低和压实密度不高，极大地制约了该材料在高能量密度的锂离子电池上使用。但同时镍钴锰酸锂NCM523三元材料由于其镍含量高，材料稳定性较差，安全性较差，容量大的镍钴锰酸锂NCM523三元材料锂离子电池，很难通过针刺和过充等安全测试。 

发明内容

基于上述，本发明的目的在于提供一种高安全性高压实密度镍钴锰酸锂NCM523三元材料的制备方法。该方法制得的高安全性高压实密度镍钴锰酸锂NCM523三元材料的压实密度高于镍钴锰酸锂NCM523三元材料，同时该材料具有较高的安全性，有效解决了镍钴锰酸锂正极材料锂电池的高温、过充、针刺条件下的安全性。通过对镍钴锰酸锂NCM523三元材料进行固相烧结掺杂，增大材料颗粒中单晶粒子尺寸，提高颗粒的致密程度，形成牢固的微观性结构变化，提高镍钴锰酸锂NCM523三元材料的压实密度。通过采用LiFePO₄对镍钴锰酸锂NCM523颗粒表面进行包覆修饰，LiFePO₄为锂电活性正极材料，具有比钴酸锂、三元、锰酸锂等更好的安全性和循环性能，有效解决了镍钴锰酸锂正极材料锂电池的高温、过充、针刺条件下的安全性。 

本发明的目的是通过以下措施来实现： 

一种高安全性高压实密度镍钴锰酸锂NCM523三元材料的制备方法，其步骤是： 

⑴将前驱体(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)OH过筛后，在400～600℃温度下煅烧4～10小时，即得到前驱体氧化物(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)₂O；

⑵将步骤⑴所得的前驱体氧化物(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)₂O，过筛后与电池级碳酸锂或氢氧化锂按照Li:Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3 =(1+x):1的摩尔配比，其中0.02≤x≤0.08同时加入平均粒度（D50）为5.6μm镁的化合物，使混合料中镁化合物中镁的质量含量为混合料总质量的0.15% -0.20%，混料机的转速为30～300转/分钟，用混料机采用干法混合方式进行充分混合； 

⑶将步骤⑵得到的混合物装入匣钵压实，在空气气氛中930～960℃温度下恒温加热12~20h进行焙烧反应，完成后自然冷却8～12h取出粉末粉碎、过筛，即得到高压实密度镍钴锰酸锂NCM523三元材料；

⑷将步骤⑶得到高压实密度镍钴锰酸锂NCM523三元材料与LiFePO₄按照(1-y):y的质量比列进行配比，其中0.05≤y≤0.20；在环境湿度小于35RH%的环境中，在球料质量比为1：3～4的条件下，采用非金属研磨球在内衬耐磨非金属材料的不锈钢球磨罐内，球磨罐的转速为30～500转/分钟进行1～3小时干法球磨混合，球磨后过筛即得到高安全性高压实密度镍钴锰酸锂NCM523三元材料。

上述步骤⑴中的前驱体(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)OH为球形或类球形。 

上述步骤⑵中的电池级碳酸锂或氢氧化锂的D(50)平均粒度范围5μm～7μm。 

上述步骤⑵中的镁的化合物为氧化镁物、或氢氧化镁、或镁盐，镁元素的D(50)平均粒度范围5μm~15μm。 

上述步骤⑷中的LiFePO₄的一次粒子平均尺寸范围在5 nm ～100nm。 

上步骤⑷中的内衬耐磨非金属材料的不锈钢球磨罐内衬介质采用聚氨酯、或聚四氟乙烯。