[发明专利]一种锂离子电池三元正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料的制备，特别涉及一种锂离子电池三元正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新型的二次电池，具有高比容量、循环寿命长、安全性好等特点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑等便携式电器的驱动电源。随着电子产品的不断升级换代，以及电动汽车、混合动力汽车的发展，对电池能量密度的要求不断提高。

在同样的容量发挥前提下，市场需要不断提高电池的体积能量密度，也就是提高电池活性物质的单位体积填充量。目前商用的锂离子电池正极材料主要分为三类，橄榄石结构的磷酸亚铁锂，质量比能量高，价格低廉，但是其自身振实密度低；尖晶石结构的锰酸锂，生产工艺简单，安全性高，但是其在使用过程中容量衰减较快，特别是高温循环性能差；层状钴酸锂，是目前市场运用最广泛的正极材料，但是钴资源稀缺，价格高，毒性大，电池安全性差。

新型正极三元复合材料镍钴锰酸锂，由于价格低廉、循环性能好、结构稳定性好、振实密度高，成为比较理想的正极材料。但是材料的压实密度小，体积能量密度低成为制约其应用的重要因素。中国专利申请公开说明书CN101847722A中指出：通过将微米前驱体研磨到纳米级后，经高温烧结制备微米级单晶颗粒的方法，提高三元材料的压实密度，但是这种制备方法易使颗粒发生团聚，颗粒尺寸分布不均匀。中国专利申请公开说明书CN101621125A中指出：通过在研磨过程中添加聚乙烯醇，改善颗粒分散性，采用多步烧结制备出了分散性较好，压实较高的单晶颗粒，但是其制备工艺复杂，生产周期长。中国专利申请公开说明书CN102593442A中指出：采用具有特定中位粒径的镍钴锰氧化物和碳酸锂，按照一定的煅烧温度及气氛制备出高压实的锂电正极材料，但是该方法对原材料的中位粒径范围要求较窄，使其应用具有局限性。中国专利申请公开说明书CN102709541A中指出：通过溶剂热法制备高密度的镍钴锰酸锂正极材料，但是其制备工艺复杂，且不利于大规模生产。将不同粒度的材料混合级配，可以起到提升振实密度的效果，如中国专利申请公开说明书102779976A，介绍了一种不同粒度的钴酸锂的级配技术。但是，与钴酸锂不同的是当三元材料的单晶或类单晶晶粒较大时电化学性能很差，所以不能像钴酸锂一样将粒度不同的大小单晶或类单晶颗粒混合使用，必须发明其它的方法。

发明内容

为解决上述的技术问题，本发明公开了一种锂离子电池三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将锂源、金属氧化物前驱体或金属氢氧化物前驱体混合，在空气气氛800～1100℃温度下，焙烧6～24小时，再将焙烧后的物料粉碎为中位粒径为8～25μm的团聚体材料A，所述金属氧化物前驱体的通式为Ni_(1-x-y-z)Co_xMn_yM_zO_m，其中0<x<1,0<y<1，0<z<1，x+y+z<1，1≤m<2，M是一种或多种金属元素；所述金属氢氧化物前驱体的通式为Ni_(1-x-y-z)Co_xMn_yM_z(OH)_n，其中0<x<1,0<y<1，0<z<1，x+y+z<1，2≤n<3，M是一种或多种金属元素；

2)将锂源、金属氧化物前驱体或金属氢氧化物前驱体混合，在空气气氛800～1100℃温度下，焙烧6～24小时，再将焙烧后的物料粉碎为中位粒径为1～7μm的材料B，所述金属氧化物前驱体的通式为Ni_(1-a-b-c)Co_aMn_bN_cO_m，其中0<a<1，0<b<1，0<c<1，a+b+c<1，1≤m<2,N是一种或多种金属元素；所述金属氢氧化物前驱体的通式为Ni_{（1-a-b-c）}Co_aMn_bN_c(OH)_n，其中0<a<1，0<b<1，0<c<1，a+b+c<1，2≤n<3，N是一种或多种金属元素；

3)将步骤1）中所述团聚体材料A与步骤2）中所述材料B按质量比(1～4)：（1～4）的配比球磨1～10小时，然后在空气气氛200～800℃下，焙烧1～5小时，再粉碎成中位粒径为5～20μm的材料C；