[发明专利]流动性改善的锂离子电池正极材料及其制法和应用

说明书

本发明涉及一种流动性改善的锂离子电池正极材料及其制法和应用，所述正极材料的化学式为Li_xNi_aCo_bM_cR_dZr_eO₂，其中，M选自锰元素或铝元素，R为掺杂元素，0.95＜x＜1.15，0.05＜a＜0.89，0＜b＜0.5，0＜c＜0.45，0.97≤a+b+c≤1.00，0≤d＜0.1，0＜e＜0.1；其中，所述镍元素占正极材料的质量分数＞30％，优选为＞40％。本发明产用锆共沉淀法制备含锆前驱体进而制备含锆高镍三元正极材料，通过锆的引入在不影响正极材料电化学性能的情况下改进粉体的流动性能，扩大高镍正极材料应用环境。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，主要涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种流动性改善的锂离子电池正极材料及其制法和应用。

背景技术

近年来随着智能手机，智能汽车，新能源汽车的兴起，对移动设备的动力能量密度及安全性的要求越来越高，目前常见的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂和磷酸亚铁锂。其中钴酸锂尽管能量密度高，但因钴储存量有限因而主要用于3C领域的锂离子电池中，锰酸锂及磷酸铁锂材料能量密度较低，有逐渐被镍钴锰酸锂等含钴低的高镍材料替代的趋势，镍钴锰酸锂材料(简称三元材料)通常为层状岩盐结构物料，其中镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)为同周期相邻元素。

通常正极材料的成品中位粒径(D_v50)在0.2-20μm左右，颗粒本身为一次结构或者是由一次结构团聚而成的二次颗粒物，物料的堆积密度在1.5-3.0g/cm³,由于游离锂的存在，导致材料呈弱碱性和吸湿性，以及材料的流动性变差，长期贮存甚至会出现结块现象，影响了后期制浆过程中的分散，及浆料加工等性能，因此开发流动性好且不结块的锂离子正极材料非常有必要。很多公开和专利文献已经提出了相应的方法及应用。

根据Geldart分类方法(Geldart，″The Effect of Particle Size and SizeDistribution on the Behavior of Gas Fluidized Beds″，Powder Technology，Volume6，210，1972，″Types of Gas Fluidization″，Powder Technology，Volume 7，285，1973)，物料输送转运过程中气固流化床中的粉体可被划分为A,B,C，D四类。由大颗粒组成的B类和D类粉体通常会在流化时形成大气泡。流化A类粉体时，在气泡出现前，床层会经历显著的膨胀。A类和B类粉体都能被很好的流化。C类粉体由非常细小的颗粒组成，而这些细小颗粒间的颗粒间作用力会显著地影响流化行为，因此，流化这种粉体十分困难。典型的现象是，颗粒间作用力随着颗粒尺寸的减小而显著增大，强烈的颗粒间作用力使颗粒具有粘性，而导致细颗粒的聚团。一般C类粉体由平均尺寸小于25-35μm的颗粒组成，但如果颗粒尺寸大于上述标准而粘性非常高，仍然可以被划为C类粉体。由于颗粒间强作用力，C类粉体或者非常难以被流化(具有沟流现象和/或流化极差)，或者主要以较大的团块的形式流化，而这种团块并非单独的颗粒而是一种假颗粒。不论哪一种情况，要达到以单个颗粒形式的均匀流化很困难，因此，对C类粉体进行操作处理非常困难。C类粉体还易于黏结在流化床中的某些位置上(例如气体分布器上方、排气出口处及其内构件周围)，还可能会粘着在流化床的内壁或顶板上，颗粒输送线以及颗粒处理设备中。