[发明专利]一种低成本高性能的高镍正极材料的制备方法

说明书

本发明提供一种低成本高性能的高镍正极材料的制备方法，包括步骤：s1、预烧结：将高镍前驱体、锂源和添加剂混匀，置于氧气气氛中烧结，得到预烧结产物；s2、高氧压烧结：向所述预烧结产物中补充锂源，置于高氧压环境中烧结，得到高氧压烧结产物；s3、包覆烧结：将所述高氧压烧结产物粉碎、过筛后，与Hsubgt;3/subgt;BOsubgt;3/subgt;和油性PVDF混合均匀，置于氧气气氛中烧结，得到所述高镍正极材料。本发明通过预烧结除水提高物料装钵量，可提高窑炉产能并减少后续工序中氧气的浪费；摒弃水洗除碱工序、利用高氧压烧结技术，不仅可降低生产成本、提高锂源的利用率，改善材料的安全性能和加工性能，还有效降低了材料表面的残余碱，提高了材料的存储性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂电池制备技术领域，尤其是涉及一种低成本高性能的高镍正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有体积小、能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应等优点，被广泛应用于便携式电子设备以及电动汽车等领域。目前常用的锂离子电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料和高镍材料等，其中高镍材料凭借着高容量的优点，被认为是最具应用前景的正极材料之一。

但是，由于高镍材料对水分敏感，传统烧结窑炉需要持续向外排出大量氧气，以带走烧结过程中产生的水分，而实现上述效果的前提是降低装钵量，这不仅极大浪费了氧气，还降低了窑炉的产能。

此外，随着镍含量的增加，材料的烧结条件变得愈加苛刻，不容易形成特定锂盐比的正极材料，导致产物中的残余锂较多，直接导致材料的存储性能变差；在镍含量较高的材料中，残余锂更易与空气中的二氧化碳和水反应生成碳酸锂和氢氧化锂残余碱，残余碱过高不仅会导致材料的循环性能降低，还会电池的内阻升高并使电池容易出现胀气现象，降低电池的安全性能；同时，残余锂多的材料在后期制作电极材料时浆料流动性差，材料的加工性能变差。另外，镍含量高的材料在脱锂状态下Ni⁴⁺非常不稳定，氧化性增强，材料易于与电解液发生反应，从而产生高的界面内阻，导致材料容量迅速衰减，循环性能变差、内阻变大，极大地限制了材料的实际应用。

目前，针对高镍材料残余碱过高的问题，国内一般厂家采用水洗或在材料的表面包覆氧化物的方法解决，但是水洗会导致材料的容量以及循环性能降低，而在材料表面包覆氧化物，由于这些包覆物不含锂离子，在锂离子的脱嵌过程中会起到阻碍作用，不利于锂离子的传输。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本高性能的高镍正极材料的制备方法，通过预烧结、高氧压烧结和包覆烧结的综合作用，提升产能并改善材料的安全性能、电化学性能和加工性能。

本发明采用的技术方案是：一种低成本高性能的高镍正极材料的制备方法，包括步骤：

s1、预烧结：将高镍前驱体、锂源和添加剂混匀，置于氧气气氛中烧结，得到预烧结产物；

s2、高氧压烧结：向所述预烧结产物中补充锂源，置于高氧压环境中烧结，得到高氧压烧结产物；

s3、包覆烧结：将所述高氧压烧结产物粉碎、过筛后，与H₃BO₃和油性PVDF混合均匀，置于氧气气氛中烧结，得到所述高镍正极材料。

进一步的，所述高镍前驱体为Ni_xCo_yMn_(1-x-y)(OH)₂或Ni_xCo_yAl_(1-x-y)(OH)₂，其中，0.8x0.98,0.01y0.2。

进一步的，所述锂源为LiOH、LiOH·H₂O和Li₂CO₃中的一种或者多种，所述步骤s1中，所述锂源中的锂与所述高镍前驱体的摩尔比Li/Me＝(0.8～1.0)：1。