[发明专利]高容量长循环富锂622型三元正极材料的生产方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料的制备技术领域，具体涉及一种高容量长循环富锂622型三元正极材料的生产方法。

背景技术

锂离子电池是近年来发展起来的一种新型电源，与其他可充电二次电池相比，锂离子电池具有电压高，比能量高，充放电寿命长，无记忆效应，无污染等优点，因此它不仅在便携式电子设备上（如移动电话、数码摄像机和手提电脑等）得到广泛应用，也在电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备领域有广阔的应用前景，是目前世界各国争相研究开发的热点。

镍钴锰酸锂作为一类具有LiCoO₂，LiNiO₂，LiMnO₂三种锂离子电池正极材料协同效应的功能材料，被认为是最有应用前景的新型锂电池正极材料。Ni、Co、Mn的计量比对该材料的合成及性能影响显著。一般来说，Ni的存在能使LiNi_xCo_yMn_1~x~yO₂的晶胞参数c和a值分别增加，同时c/a值减小，晶胞体积相应增大，有助于提高材料的可逆嵌锂容量。但过多Ni²⁺的存在又会因为与Li⁺发生位错现象而使材料的循环性能恶化。Co能有效地稳定复合物的层状结构并抑制3a和3b位置阳离子的混合，即减小Li层与过渡金属层的阳离子混合，从而使锂离子的脱嵌更容易，并能提高材料的导电性和改善其充放电循环性能；但随Co的比例增大，晶胞参数中的c和a值分别减小，c/a值反而增加，使得晶胞体积变小，导致材料的可逆嵌锂容量下降。而Mn的引入除了大幅度降低成本外，还能有效地改善材料的安全性能，但Mn的含量太高则容易出现尖晶石相而破坏材料的层状结构。

最近三年来，镍钴锰酸锂产销每年以30%的速度增长，现已占有锂电池正极材料市场份额40%以上。市场主要镍钴锰酸锂产品是523型LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元、111型LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂三元、424型LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂三元，此外，还有622型LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂三元、701515型LiNi_0.7Co_0.15Mn_0.15O₂三元、811型LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂三元等产品。不同产品的电化学性能存在一定的差别，制备方法也各有不同。申请号为201310726770.X公开了一种锂离子电池用长高温循环镍钴锰酸锂NCM523三元材料的制备方法，该方法在材料烧结过程中的将铝盐或其氧化物加入，采用干法混料混合均匀后再进行烧结，通过Al离子掺杂提升了镍钴锰酸锂NCM523的高温性能，有效解决了镍钴锰酸锂高温循环性能、高温储存性能较差的问题。申请号为201410091324.0公开了一种稀土元素掺杂的复合钴酸锂正极材料的制备方法，该方法将钕掺杂复合钴酸锂前驱体与草酸锂混合，二次烧结，降温处理，粉碎、筛分，得到产品。该发明先将在镍钴铝混合形成三元材料提高颗粒粒径的基础上，进一步掺杂稀土元素Nd来改性以进一步提高物质活性和稳定性，制备过程采用湿法和干法结合的方式，进一步提升材料的振实密度。不同正极材料采用不同的制备方法，获得了具有不同性能的正极材料产品，拓展了正极材料的产品类型，同时使得产品的性能更加优化。

三元正极材料能量密度高，倍率性能好，循环性能稳定，热稳定性好。现已广泛应用到移动设备电源、笔记本电池、动力电池以及电动工具电池。其中622型三元(LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂)正极材料未来将成为三元正极材料的主流产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种通过富锂、掺杂、水洗和二次烧结，以提高622型三元正极材料的电化学克容量和循环性能的生产方法，实现锂电池正极材料的“高容量、高安全、高循环”标准，满足高端锂动力电池客户的要求。