CN105489876A - 锂离子电池用复合正极材料的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高复合正极材料各种性能的锂离子电池用复合正极材料的生产方法。包括：按照锰酸锂和镍钴锰酸锂的特定比例，配置混合原料，在该混合原料中添加适量的添加剂；将包含锰酸锂、镍钴锰酸锂和添加剂的混合原料进行机械混合，得到混合物料；将混合物料在650度-710度的温度下灼烧3-10小时，使其进行物理复合反应和化学反应，得到复合材料；将复合材料冷却至室温；将复合材料在高速搅拌机内进行分散破碎，获得粉末状复合正极材料。

Description

锂离子电池用复合正极材料的生产方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种锂离子电池用复合正极材料的生产方法。
背景技术
目前，锂离子电池（锂二次电池）以其轻量化、长寿命、清洁环保的优点越来越受到电池行业的青睐。锂离子电池的正极材料主流有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂及镍钴锰三元材料，并且有NCA（镍钴铝）系、LOL（富锂锰固熔体）等新兴的材料加入其中，得到了广泛的商业化应用。
但是，某一种材料都有其优点和缺点，并按其优缺点被应用于适合的领域和场合。越来越多的应用方向表现为混合使用，其中最普遍的是尖晶石型锰酸锂与镍钴锰三元材料的混合使用。电池厂商在使用时，将这两种材料按自己的实际需求，按比例混合到一起，作为正极材料。用不同的比例来平衡其优缺点，达到较为理想的商业效果。
尖晶石型锰酸锂作为正极材料，其优点是电压平台高、倍率性好、价格便宜、相对安全性好，而缺点是高温循环寿命差，克容量较低；镍钴锰酸锂三元材料作为正极材料，其优点是克容量高、循环性能好，而缺点是相对来说价格高、安全性略差倍率及低温性能差。而将两种材料混合使用，可使两种材料的优劣互补。
目前的使用方法一般为在制作电池极片时将两种材料机械混合，加有机溶剂调浆，进而涂布在集流体（铝箔）上，然后烘干，最终通过机械辊压的方式把两中材料压紧在一起，实现两种材料的结合。
这种方法虽然在一定程度上起到了两种材料互补的作用，但由于材料的结合并不是真正意义上的结合，由于锰酸锂材料颗粒一般为不规则的晶团，如图1所示。而镍钴锰酸锂材料颗粒一般为球形，如图2所示。机械压紧的程度不足以达到材料晶格的导通，所以其效果比理论设想的效果仍有一定差距：容量的发挥、循环寿命、高低温性能等均低于理论值，一般为理论值的90%至95%；另外，由于锰酸锂的PH值通常在8左右，而镍钴锰酸锂的PH值通常在11.5左右，两种材料表面性能本身存在较大差异，这会给其加工工艺带来很多麻烦，甚至配料操作不当会引起更严重的问题，比如材料安全性变差、电池胀气严重等问题。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设及一种锂离子电池用复合正极材料的生产方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种提高复合正极材料各种性能的锂离子电池用复合正极材料的生产方法。
本发明的锂离子电池用复合正极材料的生产方法，包括：按照锰酸锂和镍钴锰酸锂的特定比例，配置混合原料，在该混合原料中添加适量的添加剂；将包含锰酸锂、镍钴锰酸锂和添加剂的混合原料进行机械混合，得到混合物料；将混合物料在650度-710度的温度下灼烧3-10小时，使其进行物理复合反应和化学反应，得到复合材料；将复合材料冷却至室温；将复合材料在高速搅拌机内进行分散破碎，获得粉末状复合正极材料。
进一步的，添加剂具体为硼的氧化物或硼酸。
进一步的，在650度-710度的温度下灼烧3-10小时，具体为：在700度的温度下灼烧5小时。
进一步的，锰酸锂和镍钴锰酸锂的特定比例具体为：锰酸锂和镍钴锰酸锂的质量比为7比3。
进一步的，锰酸锂和镍钴锰酸锂的特定比例具体为：锰酸锂和镍钴锰酸锂的质量比为3比7。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明所得复合正极材料与原工艺相比，其容量发挥、循环寿命、高低温性能等均有一定提升，从原有的理论值的90-95%提升至98-99%。接近或达到理论值的水平。所得复合正极材料材料形貌进行了修饰改进，从SEM图看，锰酸锂部分颗粒棱角趋向圆润，其对电解液的耐受性提高，有利于改善高温循环性能。形貌修饰后使材料压实密度有提高，进而提升电池的能量密度。同时工艺加工性能改善。使材料的使用由简单的机械结合变为物理复合，伴有少量的化学结合，极大改善了材料的结合程度。简化了电极制作过程的工艺，并且材料的整体PH变为一致，调浆工艺过程改善。该方法的工艺简单易行，容易推广和大规模生产。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是现有技术的锰酸锂材料颗粒的形状图；
图2是现有技术的镍钴锰酸锂材料颗粒的形状图；
图3是本发明锰酸锂和镍钴锰酸锂混合后得到的材料颗粒的形状图；
图4是本发明锂离子电池用复合正极材料的生产方法的流程图；
图5是本发明锂锰酸锂和镍钴锰酸锂的比例示意图；
图6是本发明添加剂的比例示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
通过本发明的锂离子电池用复合正极材料的生产方法，可以解决了现有技术中两种材料结合程度的问题，使两种材料在使用时的机械结合变为物理复合，从而使两种材料混合使用的效果接近和达到理论计算应有的效果。使材料混合使用后，其容量发挥、循环寿命、高低温性能等均有一定提高。同时，通过添加物改善材料的PH值，修饰其颗粒形貌，如图3所示，使其加工工艺性能得到提升。下面具体介绍锂离子电池用复合正极材料的生产方法。
参见图4所示，一种锂离子电池用复合正极材料的生产方法，包括：
步骤401：按照锰酸锂和镍钴锰酸锂的特定比例，配置混合原料，在该混合原料中添加适量的添加剂。
锰酸锂和镍钴锰酸锂的比例可以参照如图5，可根据具体需要选取合适的比例。添加剂优选为硼的氧化物或硼酸（通常为固体），添加剂加量的比例如图6所示。
步骤402：将包含锰酸锂、镍钴锰酸锂和添加剂的混合原料进行机械混合，得到混合物料。
机械混合，可以实现原材料和添加剂混合均匀和充分。
步骤403：将混合物料在在电窑中650度-710度的温度下灼烧3-10小时，使其进行物理复合反应，同时伴有微量的化学反应过程，得到复合材料。
在650-710度的温度下灼烧3-10小时，优选可以选择为700度灼烧5小时。
步骤404：冷却复合材料至室温。
步骤405：将复合材料在高速搅拌机内进行分散破碎，达到分散成粉末状的复合正极材料的效果，然后进行筛分和包装。
在使用该复合材料时，可按原单独使用的工艺进行，如：将复合材料与导电剂等添加物混合，加入溶剂调浆，涂布，烘干，辊压，制成电极片。
下面介绍两个具体的例子：
实施例1：按照锰酸锂和镍钴锰酸锂（523型）质量比例为3：7进行配置物料。例如：取30Kg锰酸锂，70Kg镍钴锰酸锂，放入到高速混料机中，并向高速混料机中加入硼酸50g，高速搅拌10分钟，使物料混合均匀。将混合均匀的物料在电窑中加热至700度，保温5小时，得到了复合材料，然后冷却该复合材料，并将上述冷却后的复合材料投入到高速混料机中进行高速搅拌，达到分散成粉末状的效果。
实施例2：按照锰酸锂和镍钴锰酸锂（523型）质量比例为7：3进行配置物料。例如：取70Kg锰酸锂，30Kg镍钴锰酸锂，放入到高速混料机中，并向高速混料机中加入硼酸90g，高速搅拌10分钟，使物料混合均匀。将混合均匀的物料在电窑中加热至700度，保温5小时，得到了复合材料，然后冷却该复合材料，并将上述冷却后的复合材料投入到高速混料机中进行高速搅拌，达到分散成粉末状的效果。
通过本发明的锂离子电池用复合正极材料的生产方法，可以实现如下效果：
A、所得材料与原工艺相比，其容量发挥、循环寿命、高低温性能等均有一定提升，从原有的理论值的90-95%提升至98-99%。接近或达到理论值的水平。
B、所得材料形貌进行了修饰改进，从SEM图看，锰酸锂部分颗粒棱角趋向圆润，其对电解液的耐受性提高，有利于改善高温循环性能。形貌修饰后使材料压实密度有提高，进而提升电池的能量密度。同时工艺加工性能改善。
C、使材料的使用由简单的机械结合变为物理复合，伴有少量的化学结合，极大改善了材料的结合程度。
D、简化了电极制作过程的工艺，并且材料的整体PH变为一致，调浆工艺过程改善。
E、该方法的工艺简单易行，容易推广和大规模生产。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种锂离子电池用复合正极材料的生产方法，其特征在于，包括：
按照锰酸锂和镍钴锰酸锂的特定比例，配置混合原料，在该混合原料中添加适量的添加剂；
将包含锰酸锂、镍钴锰酸锂和添加剂的混合原料进行机械混合，得到混合物料；
将混合物料在650度-710度的温度下灼烧3-10小时，使其进行物理复合反应和化学反应，得到复合材料；
将复合材料冷却至室温；
将复合材料在高速搅拌机内进行分散破碎，获得粉末状复合正极材料。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池用复合正极材料的生产方法，其特征在于：所述添加剂具体为硼的氧化物或硼酸。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池用复合正极材料的生产方法，其特征在于，所述在650度-710度的温度下灼烧3-10小时，具体为：在700度的温度下灼烧5小时。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池用复合正极材料的生产方法，其特征在于，锰酸锂和镍钴锰酸锂的特定比例具体为：锰酸锂和镍钴锰酸锂的质量比为7比3。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池用复合正极材料的生产方法，其特征在于，锰酸锂和镍钴锰酸锂的特定比例具体为：锰酸锂和镍钴锰酸锂的质量比为3比7。
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