高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法。它包括以下步驟：將鎳鹽、鈷鹽、錳鹽加入反應釜；加入氫氧化鈉或氫氧化鉀和氨水的混合溶液，反應生成鎳鈷錳氫氧化物沉淀；將沉淀洗滌、壓濾、烘干，得到氫氧化鎳鈷錳；將氫氧化鎳鈷錳和鋰鹽球磨，混合均勻；將混合產(chǎn)物燒結(jié)得到鎳鈷錳酸鋰；將醋酸鎂和醋酸鋯加入去離子水中，配制成混合溶液；將混合溶液加入鎳鈷錳酸鋰的水相體系中，烘干；將烘干后的產(chǎn)物高溫處理得到最終產(chǎn)物。本發(fā)明有效提高了鋰電池正極材料的容量性能和循環(huán)性能。
【專利說明】高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰電極正極材料的制備方法，具體是一種高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法。
【背景技術】
[0002]目前市場上的鎳鈷錳酸鋰(523型)產(chǎn)品，壓實密度基本在3.4-3.6g/cm3,4.2V,
0.5C克容量在155-160mAh/g左右。提高鎳鈷錳酸鋰的能量密度主要從提高壓實和提高充放電電壓兩個方面考慮。現(xiàn)有523型三元正極材料的容量性能和循環(huán)性能尚有不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種容量性能和循環(huán)性能好的高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法。
[0004]本發(fā)明的高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法包括以下步驟:
1)將金屬離子濃度為0.2-1摩爾/升的鎳鹽、鈷鹽、錳鹽按Ni:Co:Mn=5:2:3的摩爾比加入反應釜中；所選鎳鹽可以是硝酸鎳、氯化鎳和硫酸鎳中的一種或幾種，所選鈷鹽可以是硝酸鈷、氯化鈷和硫酸鈷中的一種或幾種，所選錳鹽可以是硝酸錳、氯化錳和硫酸錳中的一種或幾種；
2)在不斷攪拌反應釜內(nèi)混合溶液的同時，緩慢加入混合濃度為0.6-6摩爾/升的氫氧化鈉或氫氧化鉀和氨水的混合溶液，反應液中逐漸生成鎳鈷錳氫氧化物沉淀，控制反應溫度在30-80°C之間，直到反應液pH在10-11之間為止；
3)將反應生成的鎳鈷錳氫氧化物沉淀使用去離子水進行洗滌、壓濾，直至洗滌水的pH小于8.5為止，將洗滌后的產(chǎn)物在100-250°C下烘干2-8小時，得到球形或類球形氫氧化鎳鉆猛；
4)將上述氫氧化鎳鈷錳和鋰鹽按Li: (Ni+Co+Mn) = (1.05-1.10):1的摩爾比加入球磨罐中球磨2-6小時，使之混合均勻；所選鋰鹽可以是碳酸鋰、氫氧化鋰中的一種或幾種；
5)將上述混合產(chǎn)物使用坩堝在燒結(jié)爐中，升溫至900-1100°C，恒溫處理6-24小時，冷卻、粉碎后，得到單晶或類單晶鎳鈷錳酸鋰；
6)按Mg:Zr=x:3-x的摩爾比，其中KxS 2，將醋酸鎂和醋酸鋯加入去離子水中，配制成總金屬離子2-5摩爾/升的混合溶液；
7)將步驟6)中混合溶液按(Mg+Zr): (Ni+Co+Mn) =0.002-0.006的摩爾比加入單晶或類單晶鎳鈷錳酸鋰的水相體系中，攪拌0.5-2.0小時，在100-150°C下烘干，并保持混合產(chǎn)物在烘干過程中的攪拌，避免物料在烘干過程中的分層；
8)將步驟7)中烘干后的產(chǎn)物，在400-700°C下高溫處理4-8小時，即可得到表面均勻包覆Mg和Zr的高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰產(chǎn)品。
[0005]通過制備單晶或類單晶顆粒的鎳鈷錳酸鋰來提高材料的壓實密度，并減小顆粒的表面積，增強Mg和Zr的表面包覆效果，減少正極材料和電解液間副反應；通過Mg和Zr的表面包覆來提高鎳鈷錳酸鋰的充放電電壓。經(jīng)實際檢測其有效提高了鋰電池正極材料的容量性能和循環(huán)性能。
【具體實施方式】
[0006]本發(fā)明方法的實施例包括以下步驟:
1、將硝酸鎳、硝酸鈷和硝酸錳溶液按Ni:Co:Mn=5:2:3的摩爾比加入反應釜中，使混合溶液總金屬離子濃度為2摩爾/升，使用去離子水調(diào)整溶液體積為4升；
2、在不斷攪拌反應釜內(nèi)混合溶液的同時，緩慢加入混合濃度為3摩爾/升的氫氧化鈉和氨水的混合溶液，反應液中逐漸生成鎳鈷錳氫氧化物沉淀，控制反應溫度在45°C之間，直到反應液pH至10.8為止；
3、將反應生成的鎳鈷錳氫氧化物沉淀使用進行去離子水進行洗滌、壓濾，直至洗滌水的pH小于8.5為止，將洗滌后的產(chǎn)物在120°C下烘干4小時，得到球形或類球形氫氧化鎳鈷錳；
4、將上述氫氧化鎳鈷錳和碳酸鋰按Li:(Ni+Co+Mn)=1.08:1的摩爾比加入球磨罐中球磨4小時，使之混合均勻；
5、將上述混合產(chǎn)物使用坩堝在燒結(jié)爐中，升溫至ΙΟΟΟ?，恒溫處理12小時，冷卻、粉碎后，得到單晶或類單晶鎳鈷錳酸鋰；
6、按Mg:Zr=l:2(摩爾比)，將醋酸鎂和醋酸鋯加入去離子水中，配制成總金屬離子5摩爾/升的混合溶液；
7、將6中混合溶液按(Mg+Zr): (Ni+Co+Mn) =0.0035的摩爾比加入單晶或類單晶鎳鈷錳酸鋰的水相體系中，攪拌I小時，在120°C下烘干，并保持混合產(chǎn)物在烘干過程中的攪拌，避免物料在烘干過程中的分層；
8、將7中烘干后的產(chǎn)物，在650°C下高溫處理6小時，得到表面均勻包覆Mg和Zr的高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰產(chǎn)品。
[0007]該實施例條件下生產(chǎn)的高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰產(chǎn)品，D50在8-10um左右，壓實密度為3.6-3.8g/cm3,4.35V，0.5C克容量在180mAh/g左右，循環(huán)300周容量保持率在80%以上。
【權利要求】
1.一種高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法，其特征是:包括以下步驟， 1)將金屬離子濃度為0.2-1摩爾/升的鎳鹽、鈷鹽、錳鹽按Ni:Co:Mn=5:2:3的摩爾比加入反應釜中； 2)在不斷攪拌反應釜內(nèi)混合溶液的同時，緩慢加入混合濃度為0.6-6摩爾/升的氫氧化鈉或氫氧化鉀和氨水的混合溶液，反應液中逐漸生成鎳鈷錳氫氧化物沉淀，控制反應溫度在30-80°C之間，直到反應液pH在10-11之間為止； 3)將反應生成的鎳鈷錳氫氧化物沉淀使用去離子水進行洗滌、壓濾，直至洗滌水的pH小于8.5為止，將洗滌后的產(chǎn)物在100-250°C下烘干2-8小時，得到球形或類球形氫氧化鎳鉆猛； 4)將上述氫氧化鎳鈷錳和鋰鹽按Li:(Ni+Co+Mn)= (1.05-1.10):1的摩爾比加入球磨罐中球磨2-6小時，使之混合均勻； 5)將上述混合產(chǎn)物使用坩堝在燒結(jié)爐中，升溫至900-1100°C，恒溫處理6-24小時，冷卻、粉碎后，得到單晶或類單晶鎳鈷錳酸鋰； 6)按Mg:Zr=x:3-x的摩爾比，其中2，將醋酸鎂和醋酸鋯加入去離子水中，配制成總金屬離子2-5摩爾/升的混合溶液； 7)將步驟6)中混合溶液按(Mg+Zr): (Ni+Co+Mn) =0.002-0.006的摩爾比加入單晶或類單晶鎳鈷錳酸鋰的水相體系中，攪拌0.5-2.0小時，在100-150°C下烘干，并保持混合產(chǎn)物在烘干過程中的攪拌； 8)將步驟7)中烘干后的產(chǎn)物，在400-700°C下高溫處理4-8小時，即可得到表面均勻包覆Mg和Zr的高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰產(chǎn)品。
2.根據(jù)權利要求1所述的高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法，其特征是:步驟2)中所述鎳鹽是硝酸鎳、氯化鎳和硫酸鎳中的一種或幾種，所述鈷鹽是硝酸鈷、氯化鈷和硫酸鈷中的一種或幾種，所述錳鹽是硝酸錳、氯化錳和硫酸錳中的一種或幾種。
3.根據(jù)權利要求1所述的高電壓鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法，其特征是:步驟4)中所述鋰鹽是碳酸鋰、氫氧化鋰中的一種或幾種。
【文檔編號】H01M4/505GK103715412SQ201310693296
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權日:2013年12月18日
【發(fā)明者】葉城 申請人:江蘇科捷鋰電池有限公司