一种异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料及制备方法技术

本发明专利技术提出一种异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料及制备方法，该方法将高镍三元镍钴锰酸锂制备成丝状，高锰三元镍钴锰酸锂制备成球状，高钴三元镍钴锰酸锂制备成片状，通过形状克服各自的不稳定缺陷，再将三种异形结构的三元材料通过熔融的锡组装连接，形成三元正极材料。本发明专利技术提供上述方法克服了改性过程中容易引入其他杂相，三元材料成分不易控制的技术缺陷，利用三种材料的优势，通过形状改善不稳定结构，制备的电池正极材料兼具了高容量、高稳定性、和高电压循环性好，可实现快速充电，而且整个过程没有引入其他杂相，制备工艺易于掌握，电极材料可以一次成型，无需涂布工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料及制备方法
本专利技术涉及电池材料领域，具体涉及一种异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料及制备方法。
技术介绍
锂离子电池是性能卓越的新一代绿色高能电池，已成为高新技术发展的重点之一。锂离子电池具有以下特点：高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、无公害、体积小、内阻小、自放电少、循环次数多。因其上述特点，锂离子电池已应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。正极材料占有较大比例（正负极材料的质量比为3:1~4：1），因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。目前，锂离子电池的正极活性材料主要有钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMn2O4)以及铁酸锂(LiFePO4)、三元材料LiNixCoyMnzO2(x+y+z＝1)等，随着动力锂电池技术的发展，锂离子动力电池正极材料逐步向着高电压、高安全性、低成本、高能量密度的方向发展。三元材料以其较低的价格，高的倍率放电性能，良好的循环性能得到了人们的普遍关注。尤其是当电压范围从3.0-4.2V提高至3.0-4.3V时，三元材料的放电克容量发挥可以从原先的160-170mAh/g左右提升至171-182mAh/g，是动力电池较佳的选择。然而，在三元材料中，钴的作用在于可以稳定材料的层状结构，而且可以提高材料的循环和倍率性能，但过高的钴含量会导致实际容量降低；镍的作用在于提高增加材料的体积能量密度，但镍含量高的三元材料也会导致锂镍混排，从而造成锂的析出；锰的作用在于降低材料成本、提高材料安全性和结构稳定性，但过高的锰含量会破坏材料的层状结构，使材料的比容量降低。所以在以后材料发展中，需要兼顾电池容量和循环性，开发新材料。中国专利申请号201510365733.X公开了一种磷酸锰锂包覆镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，包括镍钴锰酸锂和包覆在所述镍钴锰酸锂表面的磷酸锰锂，相对于未包覆的镍钴锰酸锂，包覆后促进了镍钴锰酸锂材料表面锂离子传导，提高了其倍率性能。中国专利申请号201610125849.0提供了一种改性的镍钴锰酸锂正极材料，包括镍钴锰酸锂材料、复合在所述镍钴锰酸锂材料表面的磷酸锰锂，以及复合在所述磷酸锰锂表面的石墨烯，通过双重复合改性的镍钴锰酸锂材料，其中包覆在颗粒表面的一层LiMnPO4提高了材料在高截止电压下的界面稳定性，包覆在外层的石墨烯提高了材料的电子导电率，减弱了极化效应。以及中国专利申请号201410491048.7采用锰源、富镍浓度梯度型镍钴锰/铝酸锂前驱体、锂源原位烧结后获得锰酸锂和富镍浓度梯度型镍钴锰/铝酸锂的原位复合物，然后用喷雾干燥包覆壳层金属氧化物，最后结合微波烧结工艺制得所述的复合正极材料，这种复合正极材料具有较高的比容量，良好的高温循环和存储性能。由此可知，现有技术中对于三元材料进行改性的手段主要有表面单重或多重包覆改性以及对三元材料进行掺杂处理，但改性过程中容易引入其他杂相，三元材料成分不易控制，影响了三元材料活性，进而影响电池工作效率。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提出一种异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料及制备方法，根据不同元素含量的三元材料通过形状设计克服各自的不稳定缺陷，再将三种异形结构的三元材料组装连接，形成三元正极材料。本专利技术制备的电池材料，克服了改性过程中容易引入其他杂相，三元材料成分不易控制的技术缺陷，制备的三元正极材料兼具了高容量、高稳定性、和高电压循环性好，可实现快速充电。本专利技术一种异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料的制备方法，其特征是采用丝状氧化镍，球状氧化锰，片状氧化钴作为原材料组装，包括以下步骤：（1）分别取丝状氧化镍、球状氧化锰、片状氧化钴，采用HF酸溶液进行活化，活化时间为10-30分钟，干燥，分别得到活化丝状氧化镍微粉、活化球状氧化锰微粉、活化片状氧化钴微粉；（2）分别配制氢氧化锰锂溶胶，氢氧化镍锂溶胶，氢氧化钴锂溶胶各2组备用；（3）将步骤（1）得到的活化丝状氧化镍微粉与步骤（2）配制的氢氧化锰锂溶胶和氢氧化钴锂溶胶混合，得到复合物溶胶1；将步骤（1）得到的活化球状氧化锰微粉与步骤（2）配制的氢氧化镍锂溶胶和氢氧化钴锂溶胶混合，得到复合物溶胶2；将步骤（1）得到的活化片状氧化钴微粉与步骤（2）配制的氢氧化锰锂溶胶和氢氧化镍锂溶胶混合，得到复合物溶胶3；分别搅拌均匀，使溶胶包裹在微粉表面；（4）对步骤（3）得到的复合物溶胶1、2、3分别进行喷雾干燥处理，进一步将干燥的粉末经过高温烧结，分别获得丝状高镍前驱粉末、球状高锰前驱粉末和片状高钴前驱粉末；（5）将步骤（4）得到的丝状高镍前驱粉末、球状高锰前驱粉末和片状高钴前驱粉末混合均匀，平铺在300-320℃的磨具中，将熔融的锡液缓慢包覆于混合粉末表面，并保持磨具的温度，金属锡均匀包覆所述混合材料，通过熔融的锡组装连接，形成异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料。优选的，步骤（1）所述丝状氧化镍的丝径为10-50nm，长度为1-9微米；所述球状氧化锰的粒径为50-200nm；所述片状氧化钴的片径为1-9微米，厚度为10-50nm。优选的，步骤（1）所述HF酸溶液为HF酸与去离子水的体积比例为1:5-30。优选的，步骤（4）所述喷雾干燥处理，包括：控制进料速度为400-1200mL/h，干燥的进风温度为180-250℃，出风温度为80-150℃，对复合物溶胶1、2、3进行喷雾干燥处理，分别获得丝状高镍前驱粉末、球状高锰前驱粉末和片状高钴前驱粉末。优选的，步骤（4）所述烧结工艺为在230-300℃下预煅烧0.5-2h，然后升高温度为700-760℃，升温速度为10-30℃/h，煅烧时间为1-2h。优选的，步骤（2）所述配制氢氧化锰锂溶胶，氢氧化镍锂溶胶，氢氧化钴锂溶胶包括：（1）按质量分别取浓度为400-800mg/ml的可溶性锰盐水溶液、可溶性镍盐水溶液和可溶性钴盐水溶液各2重量份；（2）按质量取浓度为400-1000mg/ml的锂盐水溶液6重量份，取浓度为600-900mg/ml的柠檬酸水溶液0.4-1.6份重量份，混合均匀，得到锂源溶液；（3）将锂源溶液均分加入到可溶性锰盐水溶液、可溶性镍盐水溶液、可溶性钴盐水溶液中，用碱液调节pH值至4-8后，放入玻璃烧瓶中，在80-90℃温度下恒温反应8-14h，分别制得氢氧化锰锂溶胶，氢氧化镍锂溶胶，氢氧化钴锂溶胶。优选的，所述可溶性锰盐为硫酸锰、醋酸锰、氯化锰、硝酸锰中的一种；所述可溶性镍盐为硫酸镍、醋酸镍、氯化镍、硝酸镍中的一种；所述可溶性钴盐为硫酸钴、醋酸钴、氯化钴、硝酸钴中的一种；优选的，所述可溶性锂盐为草酸锂、碳酸锂、磷酸锂、氯化锂、硝酸锂中的一种。另一方面，本专利技术提供一种异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料，所述正极材料按照上述的方法制备而成。本专利技术一种异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料及制备方法，将高镍三元制备成丝状，高锰三元制备成球形，高钴三元制备成片状，分三级进行组装，进而克服各自的不稳定缺陷，进一步，将三种异形结构的三元材料通过熔融的锡组装连接，形成三元正极材料。本专利技术提供一种异形分布的镍钴锰酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料的制备方法，其特征是采用丝状氧化镍，球状氧化锰，片状氧化钴作为原材料组装，包括以下步骤：（1）分别取丝状氧化镍、球状氧化锰、片状氧化钴，采用HF酸溶液进行活化，活化时间为10‑30分钟，干燥，分别得到活化丝状氧化镍微粉、活化球状氧化锰微粉、活化片状氧化钴微粉；（2）分别配制氢氧化锰锂溶胶，氢氧化镍锂溶胶，氢氧化钴锂溶胶各2组备用；（3）将步骤（1）得到的活化丝状氧化镍微粉与步骤（2）配制的氢氧化锰锂溶胶和氢氧化钴锂溶胶混合，得到复合物溶胶1；将步骤（1）得到的活化球状氧化锰微粉与步骤（2）配制的氢氧化镍锂溶胶和氢氧化钴锂溶胶混合，得到复合物溶胶2；将步骤（1）得到的活化片状氧化钴微粉与步骤（2）配制的氢氧化锰锂溶胶和氢氧化镍锂溶胶混合，得到复合物溶胶3；分别搅拌均匀，使溶胶包裹在微粉表面；（4）对步骤（3）得到的复合物溶胶1、2、3分别进行喷雾干燥处理，进一步将干燥的粉末经过高温烧结，分别获得丝状高镍前驱粉末、球状高锰前驱粉末和片状高钴前驱粉末；（5）将步骤（4）得到的丝状高镍前驱粉末、球状高锰前驱粉末和片状高钴前驱粉末混合均匀，平铺在300‑320℃的磨具中，将熔融的锡液缓慢包覆于混合粉末表面，并保持磨具的温度，金属锡均匀包覆所述混合材料，通过熔融的锡组装连接，形成异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料的制备方法，其特征是采用丝状氧化镍，球状氧化锰，片状氧化钴作为原材料组装，包括以下步骤：（1）分别取丝状氧化镍、球状氧化锰、片状氧化钴，采用HF酸溶液进行活化，活化时间为10-30分钟，干燥，分别得到活化丝状氧化镍微粉、活化球状氧化锰微粉、活化片状氧化钴微粉；（2）分别配制氢氧化锰锂溶胶，氢氧化镍锂溶胶，氢氧化钴锂溶胶各2组备用；（3）将步骤（1）得到的活化丝状氧化镍微粉与步骤（2）配制的氢氧化锰锂溶胶和氢氧化钴锂溶胶混合，得到复合物溶胶1；将步骤（1）得到的活化球状氧化锰微粉与步骤（2）配制的氢氧化镍锂溶胶和氢氧化钴锂溶胶混合，得到复合物溶胶2；将步骤（1）得到的活化片状氧化钴微粉与步骤（2）配制的氢氧化锰锂溶胶和氢氧化镍锂溶胶混合，得到复合物溶胶3；分别搅拌均匀，使溶胶包裹在微粉表面；（4）对步骤（3）得到的复合物溶胶1、2、3分别进行喷雾干燥处理，进一步将干燥的粉末经过高温烧结，分别获得丝状高镍前驱粉末、球状高锰前驱粉末和片状高钴前驱粉末；（5）将步骤（4）得到的丝状高镍前驱粉末、球状高锰前驱粉末和片状高钴前驱粉末混合均匀，平铺在300-320℃的磨具中，将熔融的锡液缓慢包覆于混合粉末表面，并保持磨具的温度，金属锡均匀包覆所述混合材料，通过熔融的锡组装连接，形成异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料。2.根据权利要求1所述一种异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述丝状氧化镍的丝径为10-50nm，长度为1-9微米；所述球状氧化锰的粒径为50-200nm；所述片状氧化钴的片径为1-9微米，厚度为10-50nm。3.根据权利要求1所述一种异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述HF酸溶液为HF酸与去离子水的体积比例为1:5-30。4.根据权利要求1所述一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，王镭迪，曾军堂，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51