锂离子电池用复合正极材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种锂离子电池用复合正极材料的制备方法，其特点是：包括两大步骤：制备氢氧化镍钴锰前驱体和高温烧结制备单晶层状氧化钴锂颗粒和多晶层状氧化镍钴锰锂颗粒融合生长成为一个整体的复合正极材料。本发明由于通过高温烧结，使单晶层状氧化钴锂和多晶层状氧化镍钴锰锂两种材料融合生长成为一个整体的复合正极材料，单晶氧化钴锂颗粒起支撑作用，避免多晶层状氧化镍钴锰锂颗粒辊压的破碎，提高了材料的压实密度；多晶层状氧化镍钴锰锂颗粒保证材料具有高的放电比容量和放电电压，保证了复合正极材料具有高能量密度、高放电电压和高压实密度的特点；本发明降低了正极材料内钴元素的含量，降低了材料成本，并且工艺简单，便于大规模生产。

主权项

锂离子电池用复合正极材料的制备方法，其特征在于：包括步骤一和步骤二；步骤一：制备氢氧化镍钴锰前驱体：⑴采用镍、钴、锰的可溶性盐作为镍、钴、锰源，配制成镍、钴、锰总离子浓度为2‑4mol/L的混合溶液；以氢氧化钠为沉淀剂，氨水或者铵盐作为络合剂，聚乙烯醇、聚乙二醇、甲基纤维素或者明胶作为水溶性分散剂，以氨碱摩尔量为0.2‑0.8的配比，在沉淀剂溶液中加入络合剂，再加入水溶性分散剂，制备成对前驱体的制备进行粒度控制的溶液；将混合溶液和粒度控制的溶液以并流方式连续加到通有氮气的带搅拌反应釜中，反应釜的流速设定为300‑500ml/min，搅拌速度为200‑300r/min，反应温度为45℃‑85℃，PH值为8‑13，连续反应24‑48h，形成物料；⑵将⑴中形成的物料在压滤固液分离器中进行固液分离，分离出的固体材料洗涤至PH值为7‑8后，在烘箱中进行120‑150℃、10‑15h的干燥，得到氢氧化镍钴锰前驱体；步骤二：采用前驱体混合烧结法、中间体混合烧结法或者最终产物混合烧结法之一种制备单晶层状氧化钴锂颗粒和多晶层状氧化镍钴锰锂颗粒融合生长成为一个整体的复合正极材料；所述前驱体混合烧结法包括以下制备过程：⑴将层状氧化钴锂的前驱物与步骤一中制备的氢氧化镍钴锰前驱体按照两者中金属离子总含量摩尔比20‑80：80‑20的比例，称取层状氧化钴锂的前驱物和氢氧化镍钴锰前驱体；⑵按照LiCoO₂组份，以摩尔量Li：Co＝1‑1.05的配比，根据⑴中称取的层状氧化钴锂的前驱物称取出锂源；按照Li_1+zMn_1‑x‑yNi_xCo_yO₂组份，以摩尔量Li：Me(Me＝Ni+Co+Mn)＝1.05‑1.2的配比，根据⑴中称取的氢氧化镍钴锰前驱体称取出锂源；⑶将⑴和⑵中称取出的全部材料置于一台高速混料机中混合均匀后，置于烧结炉中于750‑1000℃烧结5‑20小时，随炉自然冷却后，由气流粉碎机进行气流破碎，通过分样筛分筛出粒度D₅₀＝7‑25μm的材料，即为单晶层状氧化钴锂颗粒和多晶层状氧化镍钴锰锂颗粒融合生长成为一个整体的复合正 极材料，即本发明锂离子电池用复合正极材料；完成了采用前驱体混合烧结法制备单晶层状氧化钴锂颗粒和多晶层状氧化镍钴锰锂颗粒融合生长成为一个整体的LiCoO₂/Li_1.10Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂复合正极材料过程；所述中间体混合烧结法包括以下制备过程：⑴按照LiCoO₂组份，以摩尔量Li：Co＝1‑1.05的配比，称取出层状氧化钴锂的前驱物和锂源，置于一台混料机中混合均匀，形成层状氧化钴锂前驱物配锂后的混合物；按照Li_1+zMn_1‑x‑yNi_xCo_yO₂组份，以摩尔量Li：Me(Me＝Ni+Co+Mn)＝1.05‑1.2的配比，称取出步骤一制备的氢氧化镍钴锰前驱体和锂源，置于一台混料机中混合均匀，形成氢氧化镍钴锰前驱体配锂后的混合物；⑵将⑴中层状氧化钴锂前驱物配锂后的混合物和氢氧化镍钴锰前驱体配锂后的混合物分别置于烧结炉中，于500‑850℃预烧5‑15小时，得到层状氧化钴锂初烧产物和层状氧化镍钴锰锂初烧产物；⑶按照质量比20‑80：80‑20，称取出⑵中层状氧化钴锂初烧产物和层状氧化镍钴锰锂初烧产物，置于同一台高速混料机中混合均匀后，再置于烧结炉中在750‑1000℃烧结5‑10小时，随炉自然冷却后，气流破碎，通过分样筛分筛出粒度D₅₀＝7‑25μm的材料，即为单晶层状氧化钴锂颗粒和多晶层状氧化镍钴锰锂颗粒融合生长成为一个整体的复合正极材料，即本发明锂离子电池用复合正极材料；所述最终产物混合烧结法包括以下制备过程：⑴按照LiCoO₂组份，以摩尔量Li：Co＝1‑1.05的配比，称取出层状氧化钴锂的前驱物和锂源，置于一台混料机中混合均匀，形成层状氧化钴锂前驱物配锂后的混合物；按照Li_1+zMn_1‑x‑yNi_xCo_yO₂组份，以摩尔量Li：Me(Me＝Ni+Co+Mn)＝1.05‑1.2的配比，称取出步骤一制备的氢氧化镍钴锰前驱体和锂源，置于一台混料机中混合均匀，形成氢氧化镍钴锰前驱体配锂后的混合物；⑵将⑴中层状氧化钴锂前驱物配锂后的混合物和氢氧化镍钴锰前驱体配锂后的混合物分别置于烧结炉中，均于800‑1000℃烧结5‑10小时，气流破碎，通过分样筛分筛处理，得到层状氧化钴锂LiCoO₂烧结产物和层状氧化镍 钴锰锂Li_1+zMn_1‑x‑yNi_xCo_yO₂烧结产物；⑶按照重量比20‑80：80‑20的比例，将⑵中层状氧化钴锂LiCoO₂烧结产物和层状氧化镍钴锰锂Li_1+zMn_1‑x‑yNi_xCo_yO₂烧结产物置于一台高速混料机中混合均匀后，置于烧结炉中350‑700℃热处理2‑10小时，随炉自然冷却后，通过分样筛分筛出粒度D₅₀＝7‑25μm的材料，即为单晶层状氧化钴锂颗粒和多晶层状氧化镍钴锰锂颗粒融合生长成为一个整体的复合正极材料，即本发明锂离子电池用复合正极材料。