一種鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法與流程

本發明涉及鋰電池
技術領域：
，具體涉及一種鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法。
背景技術：
：鋰離子正極材料鎳鈷錳酸鋰理論容量280mAh/g，產品實際容量超過150mAh/g，循環性能好，1C充放電500次，容量保持率80％以上；電壓平臺高，可達2.5-4.3/4.4V；熱穩定性好，4.4V充電條件下材料熱分解穩定；晶體結構穩定、自放電小、無記憶效應，但是其容量保持率有待進一步提高。技術實現要素：本發明的目的在于提供一種鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法，本發明的方法制備的鎳鈷錳酸鋰正極材料的容量保持率高。為實現上述目的，本發明提高一種鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：步驟a、將組分為(Ni0.5Co0.2Mn0.3)(OH)2的三元前驅體在含有有機電解質和電解質鋰鹽的溶液中在密閉環境下、在50-120℃的溫度下進行熱處理1-24小時，得到熱處理前驅體；步驟b、將步驟a中所得熱處理前驅體與碳酸鋰混合后進行焙燒，得到鎳鈷錳酸鋰正極材料。優選地，所述有機電解質為碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯中的一種或幾種，所述電解質鋰鹽為高氯酸鋰、六氟磷酸鋰和四氟硼酸鋰中的一種或幾種。優選地，所述有機電解質為碳酸乙烯酯，所述電解質鋰鹽為六氟磷酸鋰。優選地，所述三元前驅體與有機電解質和電解質鋰鹽的質量比為1:(20-500):(5-15)。優選地，所述熱處理的時間為4-6小時，溫度為70-90℃。優選地，以Li的物質的量計的所述碳酸鋰和以M(M一般指金屬元素)的物質的量計的熱處理前驅體的比例為1.1:1，其中，所述M包括Ni、Co和Mn。優選地，步驟b中所述焙燒包括第一次焙燒和第二次焙燒，所述第一次焙燒的溫度為500-700℃，時間為1-4小時，所述第二次焙燒的溫度為800-1000℃，時間為8-16小時，焙燒的氣氛為氧氣。第一次焙燒是熱處理前驅體和碳酸鋰發生初步化學反應的過程，反應放出水和二氧化碳，鋰離子也進入熱處理前驅體內部，第一次焙燒除去材料的水分和其他氣體，減少了焙燒過程中這些因素對晶體生長的影響。第一次焙燒后對材料進行短時間的二次混合，使材料性能均一。二次混合后進行第二次焙燒，第二次焙燒是材料晶體生長的關鍵，材料需要吸收一定的能量才能結晶完整，所以需要在一定的溫度下保溫足夠長的時間才能達到較高的結晶度。同時第二次焙燒過程中材料需要在富氧氣氛中才能減少陽離子混排，保證材料的電化學性能。材料焙燒后，經過粉碎、過篩分級，進一步優化材料的粒徑分布，提高材料的壓實密度。最后對得到的(Ni0.5Co0.2Mn0.3)(OH)2材料進行成品混料，保證材料的一致性。第一次設備可以選用傳統的電加熱爐，以壓縮空氣為焙燒氣氛，有固定的升溫程序。焙燒工序非常重要，需要在富氧環境下，受熱均勻。如果采用現有輥道窯或者網帶爐，材料在匣缽中固定不動，上層物料和下層物料受熱不均勻，接觸的氧氣環境也不一樣，材料的性能受影響。可以采用一種回轉式均勻高溫焙燒爐，分批次處理物料。后處理工序可以采用傳統的設備完成。優選地，將所述熱處理前驅體與碳酸鋰混合后采用雙螺旋錐形混料機進行混料5-8小時后在進行所述焙燒。優選地，將進行所述第一次焙燒后的熱處理前驅體與碳酸鋰采用雙螺旋錐形混料機進行混料1-4小時后在進行所述焙燒。混料是將熱處理前驅體和鋰鹽進行固相混合，二者的混合需要在分子級能均勻的混合并且在混合過程中原料的原有形貌不能被破壞，在混合過程中需要一定的剪切力，使兩種物料能夠粘在一起，有利于下步燒結過程中鋰離子進入前驅體中發生反應。本發明方法具有如下優點：本發明將(Ni0.5Co0.2Mn0.3)(OH)2的三元前驅體先在模擬鋰電池電解液的環境中進行處理，可以先嵌入部分鋰離子，該部分鋰離子的穩定性較好，能夠適應鋰電池電解液的環境，而后再次嵌入鋰離子，可以提高整體嵌入鋰離子的穩定性，從而提高整體鎳鈷錳酸鋰正極材料的穩定性。附圖說明圖1是本發明實施例制備的鎳鈷錳酸鋰正極材料1的XRD譜圖。圖2是本發明實施例制備的鎳鈷錳酸鋰正極材料1的掃描隧道顯微鏡圖。具體實施方式以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。實施例將組份為(Ni0.5Co0.2Mn0.3)(OH)2的三元前驅體在含有六氟磷酸鋰的碳酸乙烯酯溶液中在反應釜中進行在80℃下進行熱處理6小時，然后過濾70℃下干燥2小時，得到熱處理前驅體。三元前驅體與有機電解質和電解質鋰鹽的質量比為1:300:7。按照Li/M(M＝Ni+Co+Mn)物質的量比1.1:1碳酸鋰和熱處理前驅體，經過雙螺旋錐形混料機高效混合5-8h后取出，將材料放入電加熱爐中，以3℃/min的升溫速度升到600℃，保溫7h后出料冷卻，焙燒氣氛選擇氧氣。再次投入雙螺旋錐形混料機中混合2h，然后再次將材料投入回轉式均勻焙燒爐中，以5℃/min升溫到900℃，保溫12h，后自然降溫，焙燒氣氛選擇氧氣。再經過粉碎機將材料粉碎，過400目的超聲波振動篩，得到鎳鈷錳酸鋰正極材料1。對比例按照Li/M(M＝Ni+Co+Mn)物質的量比1.1:1將碳酸鋰和組分為(Ni0.5Co0.2Mn0.3)(OH)2的三元前驅體混合，經過雙螺旋錐形混料機高效混合5-8h后取出，將材料放入電加熱爐中，以3℃/min的升溫速度升到600℃，保溫7h后出料冷卻，焙燒氣氛選擇氧氣。再次投入雙螺旋錐形混料機中混合2h，然后再次將材料投入回轉式均勻焙燒爐中，以5℃/min升溫到900℃，保溫12h，后自然降溫，焙燒氣氛選擇氧氣。再經過粉碎機將材料粉碎，過400目的超聲波振動篩，得到鎳鈷錳酸鋰正極材料2。測試例將鎳鈷錳酸鋰正極材料1進行XRD測試(見圖1)和掃描隧道顯微鏡分析(見圖2)，將鎳鈷錳酸鋰正極材料1和鎳鈷錳酸鋰正極材料2電循環進行粒度分布分析(見表1)和性能測試(見表2)。從圖1中可以看出，鎳鈷錳酸鋰正極材料為尖晶石結構，從表1和圖2可以看出，鎳鈷錳酸鋰正極材料的粒徑在20微米左右，從表2中可以看出，采用本發明方法制備的鎳鈷錳酸鋰正極材料比容量高、充放電庫侖效率高、電容量保持率高。表1粒徑鎳鈷錳酸鋰正極材料1的含量鎳鈷錳酸鋰正極材料2的含量2微米0010微米25.724.820微米99.1198.635微米100.00100.00表2項目鎳鈷錳酸鋰正極材料1鎳鈷錳酸鋰正極材料20.2C首次充電比容量(mAh/g)192.3187.70.2C首次放電比容量(mAh/g)177.2162.2首次充放電庫侖效率(％)92.486.11C首次放電比容量(mAh/g)163.2152.11C50次放電比容量(mAh/g)159.5150.81C50次循環容量保持率(mAh/g)99.095.81C500次循環容量保持率(mAh/g)95.483.2雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施例對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發明要求保護的范圍。當前第1頁1 2 3