[发明专利]用回转装置制备的锂离子电池正极材料及其制法和应用

说明书

本发明涉及一种用回转窑制备的锂离子电池用高镍正极材料及其制法和应用，所述正极材料在独立封闭的回转装置中制备得到，化学式为Li_xNi_aCo_bM_cR_dO₂，其中，M选自锰元素或铝元素，R为掺杂元素，0.50＜x＜1.15，0.55＜a＜0.95，0.02＜b＜0.2，0.01≤c＜0.25，0.98≤a+b+c≤1.05，0≤d＜0.1；其中，所述回转装置的工作温度为450‑860℃，转速为10‑20rpm，所述回转装置内壁设置有陶瓷内衬片或涂层。本发明采用耐温陶瓷回转装置制备高镍正极材料，可大幅度降低能耗和高纯度氧气用量，降低成本。

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，具体涉及一种用回转装置制备的锂离子电池用高镍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，如钴酸锂、锰酸锂及磷酸铁锂材料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Ni、Co、Mn为同周期相邻元素，通常将正极材料结构式中镍摩尔含量大于0.5的正极材料称为高镍正极材料。研究表明，制备镍钴锰酸锂材料随着镍含量的上升，材料合成温度逐步下降，通常镍钴铝材料的合成温度为860℃左右，但目前适用于钴酸锂等材料的设备合成温度高，对于合成温度较低的高镍材料而言有待开发一种不同于目前辊道窑炉、回转窑炉、推板窑炉等机械构件复杂，能耗较高的设备。

对于高镍材料合成另一个需要克服的问题就是高氧含量，高腐蚀条件下的使用问题，耐磨耐腐蚀陶瓷具有硬度大、耐磨损、耐腐蚀、耐冲刷的优点，金属基陶瓷涂层是指涂覆在金属表面上的耐热、耐磨和耐腐蚀的无机保护层或表面膜。因大多陶瓷材料具有离子键和共价键结构，键能高，原子间结合力强，比金属的耐磨损、耐腐蚀、耐高温性能要高很多。通过在金属表面涂覆一层陶瓷保护涂层改变金属外表面的形貌，结构及化学组成，使金属基材既能保持金属材料的韧性，又兼具陶瓷耐热、耐磨、耐腐蚀的性能，而不改变金属整体的材料，工艺简单，成本低廉。

现有技术中制备得到的金属基陶瓷涂层虽然具有一定的耐热、耐磨和耐腐蚀性能，但是在高温条件下的耐磨损性能仍然不能满足恶劣环境下的现场施工要求，大大限制了其使用范围。现今的研究表明，在金属构件上涂布高纯度纳米三氧化二铝涂层可以克服陶瓷涂层的耐腐蚀性能，通常使用的纳米三氧化二铝陶瓷纯度在4N以上。

很多公开和专利文献已经提出了相应的方法及应用。

CN201810857727.X公开了一种利用回转窑热处理生产改性高镍正极材料的方法，包括以下步骤：将高镍正极材料与包覆剂(Al、Mg的盐或氧化物、稀土元素氧化物及较高价态的Ti或Zr过渡金属氧化物中的一种或多种，包覆剂的金属元素的质量为所述高镍正极材料质量的0.1～0.5％)混合均匀后在空气或氧气气氛中，300～600℃下烧结4～10h得到改性高镍正极材料，所述烧结操作是在回转窑内进行。所述回转窑内径向设置有用于对回转窑内温区分区的隔仓板(高度为所述回转窑内壁内径的一半)。

中国专利文献CN201410269483.5公开了一种升华法制备高纯度氧化铝的方法，其特征在于步骤如下：将工业含铝化合物(三氯化铝或硫酸铝或异丙醇铝或硝酸铝)加热至升华(温度150-250℃)，升华的气体按照一定方式与高纯碱液(氨水或氢氧化钠或氢氧化钾或碳酸铵)混合发生中和反应，其中铝化合物中铝原子和碱液(浓度为0.5-2mol/L，纯度不低于99.99％)中氢氧根离子的摩尔比Al∶OH＝1∶3-4，气体经过碱液吸收后出现白色沉淀，经过离心或者板框过滤，蒸馏水多次洗涤(纯度达到99.99％以上，洗涤5-10遍，pH至中性)，100-120℃干燥后经400-1200℃，6-12h焙烧得到高纯度氧化铝。