30c倍率鎳鈷錳酸鋰ncm523三元正極材料的工業(yè)化生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋰離子二次電池正極材料領(lǐng)域，具體涉及一種高倍率鎳鈷錳酸鋰動(dòng)力 三元正極材料LiNixCo yMm-X-具〇2的工業(yè)化制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子動(dòng)力電池主要應(yīng)用領(lǐng)域有電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、新能源汽車等。其中，電 動(dòng)工具領(lǐng)域要求鋰離子動(dòng)力電池有較高的倍率性能、循環(huán)性能。鋰離子動(dòng)力電池主要包括 正極材料、負(fù)極材料、電解液和隔膜等，其中正極材料是電池的能量密度和使用壽命等性能 的關(guān)鍵影響因素。
[0003] 動(dòng)力電池正極材料主要包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰等。磷酸鐵鋰循環(huán)性能 好，但低溫性能差、能量密度低、批次穩(wěn)定性差;錳酸鋰價(jià)格低廉，但存在能量密度低、高溫 循環(huán)性能差等缺點(diǎn)；鎳鈷錳酸鋰有較高的碾壓密度、比容量、較優(yōu)異的高低溫性能、較低的 成本，倍受青睞。
[0004] 但是，以前在中國(guó)市場(chǎng)上商業(yè)化的鎳鈷錳酸鋰材料還存在以下缺點(diǎn)，倍率性能差， 模擬電池測(cè)試，1C/0.25C為0.91，2C/0.25C為0.83，難以滿足動(dòng)力電池在較高功率下工作； 另外，還存在材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，充放電過程中容易結(jié)構(gòu)塌陷，造成循環(huán)性能差。如中國(guó)專利 授權(quán)公告號(hào)CN 102709544B公開了一種鎳鈷錳酸鋰復(fù)合正極材料及其制備方法，該鎳鈷錳 酸鋰復(fù)合正極材料化學(xué)式為L(zhǎng)i (NixC〇yMm-x-y) 02。其制備方法為:將可溶性鎳鹽、鈷鹽、錳鹽 與絡(luò)合劑混合均勻后，加氫氧化鈉沉淀劑反應(yīng)，得到鎳鈷錳的復(fù)合氫氧化物，然后將該復(fù)合 氫氧化物、水溶性高分子化合物與鋰源化合物置于帶有超聲裝置的攪拌反應(yīng)器中，在超聲 強(qiáng)化攪拌混合過程中進(jìn)行噴霧干燥，得到鎳鈷錳酸鋰的前軀體，在一定氣氛保護(hù)下，前軀體 經(jīng)過一次燒結(jié)，得到鎳鈷錳酸鋰產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高倍率、結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定的鎳鈷錳酸鋰NCM523三元正極材料的工業(yè)化生產(chǎn)方法。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種30C倍率鎳鈷錳酸鋰 NCM523三元正極材料的工業(yè)化生產(chǎn)方法，包括以下步驟：
[0007] 1)將D50為4.0~10. ομπι的鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體、金屬元素 Μ的化合物、鋰源混合 均勻，三者的質(zhì)量依次為2000: (500~1000): (1.0~5)，其中Li :Me:M=( 1.02~1.06): 1.0: (0~0.005);
[0008] 2)將均勻混合后的混合物在850~1000°C溫度下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間保持在4~ 24h，燒結(jié)過程中持續(xù)通入空氣；
[0009] 3)將步驟2得到的混合物的進(jìn)行降溫冷卻，降溫的同時(shí)通入空氣；
[0010] 4)將冷卻后的混合物進(jìn)行破碎，破碎至D50在3 · 0~11 · Ομπι之間。
[0011] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述鋰源可以是氫氧化鋰、碳酸鋰的一種或兩種。
[0012] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)選，步驟2中對(duì)混合物進(jìn)行燒結(jié)的裝置為輥道窯，所 述輥道窯對(duì)混合物的升溫速度為1~3°C/min。
[0013] 本發(fā)明通過控制鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體的粒度分布、晶型結(jié)構(gòu)、鋰源混合階段引 入能夠穩(wěn)定材料晶體結(jié)構(gòu)的離子半徑較大的金屬元素，并燒成制備出體相摻雜的特殊粒徑 的鎳鈷錳酸鋰動(dòng)力三元正極材料，制備的鎳鈷錳酸鋰動(dòng)力三元正極材料有優(yōu)異的倍率性 能、循環(huán)性能。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中高倍率LiNiQ.5Co Q.2Mn().3Al().(x)2〇2的掃描電鏡圖；
[0015]圖 2 是實(shí)施例 1 中高倍率 LiNiQ.5C〇Q.2Mn().3Al().()()2〇 2 與對(duì)比例 1 中 LiNiQ.5C〇Q.2Mn().3〇2 倍率性能放電曲線對(duì)比圖；
[0016] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中25°C、1C LiNiQ.5CoQ.2Mn().3Al().(x) 2〇2的50周循環(huán)曲線與對(duì)比 例 1 中Li Nio.5C〇〇.2Mn〇.3〇2的對(duì)比圖。
[0017] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中的高倍率LiNiQ.5Co Q.2Mn().3Al().(x)202交流阻抗曲線與對(duì)比例 1 中Li NiQ.5C〇Q.2Mn().3〇2的對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 以下實(shí)施例皆以2噸重的鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體為例，高溫?zé)Y(jié)裝置為輥道窯，輥 道窯的進(jìn)氣量為10.0~50.01113/11，窯頭排氣量3000111 3/11，窯尾排氣量12001113/11，然而并不構(gòu) 成對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的基本思想，可以做出各種修改或改進(jìn)，只 要不脫離本發(fā)明的基本思想，均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0019] 實(shí)施例1
[0020] 1)將D50為3.0~5. ομπι鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體精確稱量，總計(jì)約2噸加入高效混合 機(jī)，同時(shí)按精確稱量0.8噸碳酸鋰、約2.6Kg Zr02加入高效混合機(jī)混合均勻，其中Li :Me: Zr = 1.05:1.0:0.001；
[0021] 2)將步驟1制備的混合物裝入匣缽進(jìn)入輥道窯中，進(jìn)入輥道窯的速度保持在0.8~ 2. Om/h，以2°C/min速率升溫至900°C，并且保溫12h，在燒結(jié)和保溫的過程中持續(xù)通入空氣， 進(jìn)氣量為10. 〇~50.0m3/h，窯頭排氣量3000m3/h，窯尾排氣量1200m3/h。
[0022] 3)物料進(jìn)入降溫區(qū)后通過風(fēng)冷、水冷降溫，降溫速率為5.0°C/min，進(jìn)氣量和排量 與升溫階段相同。
[0023] 4)出爐后，先經(jīng)過粗粉碎，再將混合物細(xì)粉碎至D50在3.0~7. Ομπι之間。最后得到 Li Nio.5C00.2Mn〇.3Zr〇.001O2〇
[0024] 實(shí)施例2:
[0025] 1)將D50為5.0~6. Ομπι鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體精確稱量，總計(jì)約2噸加入高效混合 機(jī)，同時(shí)按精確稱量0.8噸碳酸鋰、約4.5Kg Α12〇3加入高效混合機(jī)混合均勻，其中Li :Me: Α1 = 1.03:1.0:0.004；
[0026] 2)將步驟1制備的混合物裝入匣缽進(jìn)入輥道窯中，輥道窯的長(zhǎng)度為30~50m，進(jìn)入 輥道窯的速度保持在0.8~2.0m/h，以2.0°C/min速率升溫至940°C，并且在該保溫下保溫 15h，在燒結(jié)和保溫的過程中持續(xù)通入空氣，進(jìn)氣量為10.0~50.0m3/h，窯頭排氣量3000m3/ h，窯尾排氣量1200m3/h。
[0027] 3)物料進(jìn)入降溫區(qū)后通過風(fēng)冷、水冷降溫，降溫速率為5.0°C/min，進(jìn)氣量和排量 與升溫階段相同。
[0028] 4)出爐后，先經(jīng)過粗粉碎，再將混合物細(xì)粉碎至D50在6.0~9. Ομπι之間。最后得到 附0.5〇00.2]/[11().3六1().()()402。其電鏡掃描圖如圖1所不。
[0029] 實(shí)施例3
[0030] 1)將D50為5.0~6. Ομπι鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體精確稱量，總計(jì)約2噸加入高效混合 機(jī)，同時(shí)按精確稱量0.95噸碳酸鋰、約3.5Kg Ti02加入高效混合機(jī)混合均勻，其中Li :Me: Zr = 1.05:1.0:0.001；
[0031] 2)將步驟1制備的混合物裝入匣缽進(jìn)入輥道窯中，進(jìn)入輥道窯的速度保持在0.8~ 2. Om/h，以2°C/min速率升溫至900°C，并且保溫12h，在燒結(jié)和保溫的過程中持續(xù)通入空氣， 進(jìn)氣量為10. 〇~50.0m3/h，窯頭排氣量3000m3/h，窯尾排氣量1200m3/h。
[0032] 3)物料進(jìn)入降溫區(qū)后通過風(fēng)冷、水冷降溫，降溫速率為5.0°C/min，進(jìn)氣量和排量 與升溫階段相同。
[0033] 4)出爐后，先經(jīng)過粗粉碎，再將混合物細(xì)粉碎至D50在9.0~10. Ομπι之間。最后得到 Li Nio.5Coo.2Mn〇.3Tio.o〇2〇2〇
[0034] 實(shí)施例4
[0035] 1)將D50為5.0~6. Ομπι鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體精確稱量，總計(jì)約2噸加入高效混合 機(jī)，同時(shí)按精確稱量0.