[发明专利]一种预胶囊化制备高镍三元锂电池电极材料的方法

说明书

本发明属于锂电池领域，提供了一种预胶囊化制备高镍三元锂电池电极材料的方法，将可溶于水的锂源、镍源、钴源、锰源分别与之对应的螯合剂混合，然后按照高镍比例混合，高压喷雾进入雾化室，雾化室内为氮气保护，高压喷入熔融流态的硬脂酸，在下沉过程中冷凝包覆雾化的高镍三元前驱物形成微球雏形；然后将雏形微球加入碱液陈化，烧结，得到单晶完整的球形高镍三元锂电池电极材料。

技术领域

本发明属于锂电池领域，具体涉及一种预胶囊化制备高镍三元锂电池电极材料的方法。

背景技术

三元电池通过NiCo-Mn/Al的协同作用，结合了钴酸锂循环性能好，镍酸锂高比容量和锰酸锂成本低安全性能好的优点。在三元材料的各个组分中镍决定电量，钴决定充放电速度，锰决定稳定性，随着镍含量的增加，电池的放电比容量也随之增加，热稳定性和容量保持率有所降低。但随着三元电池安全性得到提高与工艺演进，更高镍三元材料是大势所趋。

富镍体系的三元材料具有容量高、价格低等优势，是目前三元正极材料的重要发展方向。但是富镍体系的三元材料其循环稳定性较差，在循环过程中颗粒的膨胀和收缩，会在内部产生大量裂缝，进而与电解液反应，在表面形成岩盐相，导致活性材料循环容量的衰减。

中国发明专利申请号201710168183.1公开了一种硅基镍钴锰锂三元锂电池电极材料及其制备方法。公开了一种硅基镍钴锰锂三元锂电池电极材料及其制备方法，采用镍、钴、锰盐制备前驱物，制备过程中引入有机硅形成溶胶，采用气流式喷雾干燥器对溶胶进行喷雾干燥，同时引入石墨烯浆体，在快速干燥过程中，石墨烯成为颗粒间的空间阻隔，限制了颗粒的尺寸，抑制其过度生长，得到粒度均匀、导电性良好的硅基镍钴锰锂三元电池材料。该发明提供上述方法有效解决在实际应用中三元锂电池电极材料由于其镍含量高，结构稳定性差，进而影响电池安全性的技术问题，有效地提高了三元锂电池电极材料稳定性，进而提升了三元锂电池使用安全性。

高镍三元锂离子电池正极材料的晶体电子结构特征、形貌以及镍含量变化对、制备方法和掺杂和包覆改性对高镍 NCM 材料性能有重要影响。一方面要求高镍 NCM 材料的形貌为微细的球形，另一方面，需要由较高的密实度；因此，在原料的互混阶段，不但要求分散均匀，而且要求得到单晶材料，在微细范围内形成良好的单晶。目前通过高温固相法、共沉淀法、溶胶–凝胶法、喷雾干燥法得到高镍 NCM 材料的尺寸和形貌，由于制备方法的过程控制不同，存在较大的差异。尽管也能有得到微细的颗粒，但均是在研磨后得到，极易产生单晶破坏的细粉，细粉不同于完整的单晶颗粒，极易受到电解液溶解，导致活性材料循环容量的衰减，严重影响使用寿命和安全性。

发明内容

本发明的目的是，针对现有高镍三元材料制备过程中易产生细粉，难以得到完整的单晶这一缺陷，本发明提出一种预胶囊化制备高镍三元锂电池电极材料的方法。技术点是可溶于水的锂源、镍源、钴源、锰源分别与之对应的螯合剂混合（比如锂盐选用更易于锂离子结合的螯合剂），然后按照高镍比例混合，高压喷雾进入雾化室，雾化室内为氮气保护，高压喷入熔融流态的硬脂酸，在下沉过程中冷凝包覆雾化的高镍三元前驱物形成微球雏形；然后将雏形微球加入碱液陈化，烧结，得到单晶完整的球形高镍三元锂电池电极材料。

本发明涉及的具体技术方案如下：

一种预胶囊化制备高镍三元锂电池电极材料的方法，将可溶于水的锂源、镍源、钴源、锰源分别与之对应的螯合剂混合，然后按照高镍比例混合，高压喷雾进入雾化室，高压喷入熔融流态的硬脂酸，在下沉过程中冷凝包覆雾化的高镍三元前驱物形成微球雏形；然后将微球雏形加入碱液陈化，烧结，得到单晶完整的球形高镍三元锂电池电极材料，其具体步骤如下：

S01：将可溶性锂源、可溶性镍源、可溶性钴源、可溶性锰源分别与之对应的螯合剂混合，分别得到锂的螯合物、镍的螯合物、钴的螯合物和锰的螯合物，然后将四种金属螯合物按锂、镍、钴、锰1:0.8:0.1:0.1的摩尔比例混合，溶解于去离子水中，形成混合溶液；