[发明专利]高压实3.7g/cm3 镍钴锰酸锂NCM523三元正极材料的工业化生产方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料制备技术领域，涉及一种高能量密度镍钴 锰酸锂三元正极材料的工业化制备方法。

背景技术

锂离子电池已在手机、笔记本等3C产品中广泛应用，并且随着国家的扶持， 在电动汽车等方面应用呈现爆发式增长。锂离子电池主要包括正极材料、负极 材料、电解液和隔膜等，其中正极材料决定电池的能量密度和循环寿命等性能， 正极材料主要包括钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂等。钴酸锂电化学 性能稳定、碾压密度、循环性能高，但价格昂贵、过充性能差、安全性能差，磷 酸铁锂循环性能优异，但低温性能差、能量密度低、批次稳定性差；锰酸锂价 格低廉，但存在能量密度低、高温循环差等缺点；镍钴锰酸锂的比容量高、安 全性能高、较低的成本，应用越来越广泛。

较钴酸锂4.1g/cm³以上的碾压密度，镍钴锰酸锂碾压密度只有3.3～ 3.5g/cm³，尚有提升空间。碾压密度每提高0.1g/cm³，体积能量密度提高3％。 我们要通过提升镍钴锰酸锂的碾压密度来提升其能量密度，改善加工性能。对 特定的粉体材料而言，碾压密度通常跟两种因素有关，其一是材料的中位径， 其二是材料的粒度分布。材料粒度越大，单位体积的填充量也越大，碾压密度 也越大，才有较高的能量密度。

而现有的技术是通过提高钴酸锂材料的中位径来提高材料的碾压密度、能 量密度。如授权公告号CN101284681B的文件公开了一种超大粒径和高密度钴 酸锂及其制备方法，该方法包括以下步骤：

(1).配混料：将钴化合物、锂化合物及掺杂元素化合物倒入混料器中进行混合， 使Li/(Co+M)的摩尔比是1.05～1.20，0＜M/(Co+M)的摩尔比≤0.20；

所述的M是掺杂元素，其来源为含有Ni、Mn、Cr、Fe、Mg、Ca、Sr、Ba、B、 Al、Y、Sm、Ti、Zn、Zr、Hf、V、Nb或Ta的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、 草酸盐中的一种或一种以上的混合物；

(2).煅烧：将步骤(1)混合好的物料置于煅烧容器中压实；然后置于高温炉 中，快速升温，升温速率为3～20℃/分钟；并于950～1100℃高温烧结3～30 小时，降温后得到黑色的钴酸锂块体材料；

(3).破粉碎：将步骤(2)得到的烧结块经破粉碎、过筛，分级后得到最终产物。

但是当正极材料的中位径提高后，材料的电化学性能会变差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是解决上述现有技术的不足，提供一种高压实且 不降低材料电化学性能的镍钴锰酸锂NCM523三元正极材料的工业化生产方 法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高压实3.7g/cm³镍钴锰酸锂NCM523三元正极材料的工业化生产方法，包括以下步骤：

1)将D50为10.0～20.0μm的镍钴锰氢氧化物前驱体A，D50为4.0～10.0μm 的镍钴锰氢氧化物前驱体B、Li/Me＝1.02～1.05的锂源混合均匀，其中镍钴锰氢 氧化物前驱体A、镍钴锰氢氧化物前驱体B的质量比在8:2～2:8之间，镍钴锰 氢氧化物前驱体的总质量与锂源的质量比在4:1～2:1之间；

2)将均匀混合后的混合物在850～1000℃温度下进行加热，加热时间保持 在4～24h，加热过程中持续通入空气；

3)将步骤2得到的混合物的进行降温冷却，降温的同时通入空气；

4)将冷却后的混合物进行破碎，破碎至D50在7.0～17.0μm之间。

作为上述技术方案的优选，所述锂源可以是氢氧化锂、碳酸锂的一种或两 种。

作为上述技术方案的进一步优选，步骤2中对混合物进行加热的装置为辊 道窑，所述辊道窑对混合物的升温速度为1～3℃/min。

本发明通过两种粒度的钴酸锂材料混合来提高材料的碾压密度，且还可以 改善材料的电化学性能。

附图说明

图1为本发明实施例1中镍钴锰酸锂LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂扫描电镜图；