[发明专利]一种镍钴锰三元正极材料的制备方法

说明书

一种镍钴锰三元正极材料的制备方法，其特征在于：向反应装置中通入二氧化碳与氧气混合气，加入镍钴锰混合溶液，控制反应液pH为9.5~10.5，在75~95℃下制备镍钴锰三元前驱体的核；调节反应温度至45~65℃，晶化后调整反应液pH至11.5~12.5；再加入镍钴锰混合溶液和络合剂溶液，控制反应液pH为11.5~12.5，反应温度为45~65℃，制备镍钴锰三元前驱体的壳；将产物经陈化等后处理，得到复合α与β型核壳结构的镍钴锰三元前驱体；再与氢氧化锂球磨混合，高温烧结得预烧三元正极材料；再高温烧结得镍钴锰三元正极材料。本发明制备的正极材料的容量良好，多次循环后容量保持率较高，电化学性能突出。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种镍钴锰三元正极材料的制备方法。

背景技术

一般三元正极材料为由镍钴锰氢氧化物细小晶粒团聚而成的二次球形颗粒和氢氧化锂混合后煅烧而成。然而，对于高镍三元正极材料尤其是二次球形颗粒存在以下问题：1、在高镍三元正极材料烧结过程中，烧结温度较低，导致Li离子嵌入速度较慢，对于粒度稍大的二次球颗粒，由于一次颗粒堆积致密，锂难以烧进颗粒内部，导致颗粒内外部熔锂不均，导致正极材料残余锂偏高，容量偏低，即三元前驱体的加工性能不佳；2、一般使用三元正极材料的电池在多次充放电循环后，电池的容量、循环性能、安全性能降低。主要是由于以下原因：电池的充放电过程实际是由于Li离子在正极材料中的嵌入脱出，从微观角度即正极材料随着Li离子在正极材料中的不断嵌入脱出，正极材料晶格随之膨胀收缩，体积不断变化，在宏观上具体表现为组成二次球颗粒的一次粒子体积不断变化，由于各向异性导致一次颗粒间应力不断增大，一次颗粒间逐渐形成小裂缝，小裂缝逐渐增大，最终导致二次球颗粒的破裂。二次球颗粒破裂后正极材料与电解液接触面积增大，正极材料与电解液间SEI膜再次形成，正极材料与电解液副反应增多。引发电池容量降低，循环性能变差，安全性能降低等系列问题。

发明内容

鉴于以上技术上的不足，本发明目的在于提供一种镍钴锰三元正极材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种镍钴锰三元正极材料的制备方法，依次包括下列步骤：

步骤（1），向反应装置中通入二氧化碳与氧气的混合气，向反应装置中匀速加入镍钴锰混合溶液，同时加入碱溶液控制所述反应装置内的反应液的pH值为9.5~10.5，投料过程强烈搅拌，并在75~95℃反应温度下制备核壳结构的镍钴锰三元前驱体的核，该核为α型结构的镍钴锰三元前驱体；

步骤（2），暂停加液，将所述混合气切换至氮气，调节所述反应装置内的温度至45~65℃，晶化1~2小时后，加入碱溶液调整反应液的pH值至11.5-12.5；

步骤（3），再将所述镍钴锰混合溶液和络合剂溶液分别以匀速并流方式加入所述反应装置中，同时加入碱溶液控制所述反应装置内的反应液的pH值为11.5~12.5，投料过程强烈搅拌，控制反应温度为45~65℃，并在氮气气氛保护下反应制备核壳结构的镍钴锰三元前驱体的壳，该壳为β型结构的镍钴锰三元前驱体；

步骤（4），将所述步骤（3）得到的产物经陈化、液固分离、洗涤及干燥处理，得到复合α与β型核壳结构的镍钴锰三元前驱体；

步骤（5），将所述步骤（4）得到的核壳结构的镍钴锰三元前驱体与氢氧化锂球磨混合，其中所述核壳结构的镍钴锰三元前驱体中镍钴锰三者总和与氢氧化锂的摩尔比为1：1.05，在空气气氛下400~600℃烧结6~10小时，得到预烧三元正极材料；

步骤（6），将所述步骤（5）得到的预烧三元正极材料在氧气气氛下700~900℃高温烧结20~30小时，得到镍钴锰三元正极材料。