[发明专利]一种复合高镍三元掺混磷铁正极材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种复合高镍三元掺混磷铁正极材料的制备方法及应用，包括以下步骤：（1）将镍、钴、锰熔融，喷雾造粒；（2）高温氧化；（3）加入氨水，在氩气气氛中同时加入镍盐、钴盐和锰盐的混合液及氨水和碱水的混合液，加热反应；（4）与氢氧化锂混合均匀，在氧气气氛中，高温烧结；（5）混合均匀，得复合高镍三元正极材料；（6）和磷酸铁锂掺混，球磨处理，即得复合高镍三元掺混磷铁正极材料。本发明在复合高镍三元正极材料中掺混了磷酸铁锂，所得正极材料具有良好的层状结构、高比容量，从而改善材料的电性能，并提高了材料的安全性、可靠性和放电平台，使得晶体结构能经受住锂离子的快速脱嵌。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种复合高镍三元掺混磷铁正极材料的制备方法及应用。

背景技术

随着国家对补贴政策的日益严格化，高标准化，三元和磷酸铁锂作为两者的代表，因为其各自优缺点成为材料厂家的热点。在三元材料中，Ni和Co是主要的活性材料，Ni占比不断提升会提高材料的比容量，满足电池能量密度不断提高的要求，因此高镍三元正极材料成为补贴政策前提下发展的大趋势。

由于高镍材料的不稳定性，其安全性能也是其无法逾越的问题。三元系正极材料的生产，广泛采用共沉淀技术，先制备出组分均匀的具有球形形貌的(Ni,Co,Mn)(OH)₂氢氧化物前躯体，再与锂盐混合后经高温固相反应制备出Li(NiCoMn)O₂正极材料。但是在制备镍钴锰（镍钴铝）三元尤其是高镍三元前驱体时，由共沉淀法制备的氢氧化物前驱体活性不高，一般需要以活性较高但腐蚀性较强的一水氢氧化锂为锂源才能合成出良好的高镍三元层状正极材料，而日益复杂的环保要求加重了此生产工艺的难度。以及因为其制备材料的特性导致后期加工正极材料的工艺要求和技术要求非常高，导致目前能量产的企业很少，加工成本居高不下。

中国专利文献上公开了“一种提高锂离子电池电极材料性能的方法”，其申请号为200710076853.3，该发明采用粉碎和融合处理的方法，改变电极材料的形貌，提高锂离子电池电极材料振实密度及改善电极加工过程中的加工性能，同时提高材料的利用率，降低生产成本，操作简便、生产效率高，满足工业化生产的需求，适用于各种锂离子电池正、负极材料的处理。但是，该发明将材料粉碎至混合粒度，其中粒度分布不可控。

中国专利文献上公开了“一种电池正极材料”，其申请号为200510118988.2，该发明制备时先合成纯的磷酸铁锂：将亚铁盐、磷酸盐和锂盐，以醇为润滑剂球磨，球磨后的混合物加热，以惰性气体为保护气体。合成的磷酸铁锂与硼化钙球磨，球磨后的混合物煅烧，通以惰性气体为保护气体，即制得目标产物。但是，该发明为单纯的磷酸铁锂正极材料，其材料的振实密度较低，导致其电化学性能也低。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术中存在的技术问题，提供了一种复合高镍三元掺混磷铁正极材料的制备方法，该方法操作简单，制备成本低，易于实现产业化。

一种由上述制备方法得到的复合高镍三元掺混磷铁正极材料在锂离子电池中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种复合高镍三元掺混磷铁正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将镍、钴、锰金属混合均匀后于氮气保护条件下熔融，喷雾造粒，得第一粒级镍钴锰合金粉和第二粒级镍钴锰合金粉，所述第一粒级镍钴锰合金粉的粒级小于第二粒级镍钴锰合金粉；；该步骤直接在工艺的前端控制材料的粗细混合，精确的控制了材料的粒径比，使得材料的性能实现可控化；（2）分别将第一粒级镍钴锰合金粉和第二粒级镍钴锰合金粉高温氧化处理，得第一粒级镍钴锰合金氧化物和第二粒级镍钴锰合金氧化物；