CN106571453A - 一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法 - Google Patents

一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法。其包括以下步骤：1）将镍钴锰酸锂前驱体、锂盐和聚乙二醇粉末混合得到混合料；2）将混合料煅烧后得到镍钴锰酸锂三元材料。本发明在材料焙烧阶段添加高分子有机物聚乙二醇，使得NCM三元材料的烧结更加充分，可有效限制焙烧过程中三元材料一次颗粒的长大，焙烧后得到的NCM三元材料一致性好，有利于提高正极材料的电化学性能。本发明方法对生产环境无特殊要求，合成得到的材料纯度高，性能稳定，易于进行工业化生产。

Description

一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的 方法
技术领域
本发明涉及一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法。
背景技术
随着全球能源问题和由于大量燃烧矿物燃料所导致的环境问题的日趋严峻，发展不依赖于矿物燃料和环境友好的电动汽车已成为当前世界各国的重要发展主题。锂离子电池因其自身所具有的诸多独特优点而被看作是一种最有可能大规模应用于电动汽车的二次电池，新型锂离子电池的研究已成为相关领域的最为重要的研究课题之一。在影响锂离子电池性能的诸多组成要素中，构成电池的正极材料是影响二次电池性能及其应用的最为关键的因素。
NCM三元正极材料具有容量高、能量密度高、成本相对低廉等众多优点，被认为是当前最适合用于动力电池的正极材料，但是材料颗粒的一致性问题会影响它在动力电池领域的大规模应用。NCM三元正极材料是由一次颗粒团聚组成的二次颗粒，如果材料的一次颗粒粒径一致性较差，在充放电过程中一次颗粒容易过充过放，导致材料容量衰减，电池寿命减少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法。
本发明的技术方案如下：
一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法，包括以下步骤：
1）将镍钴锰酸锂前驱体、锂盐和聚乙二醇粉末混合得到混合料；
2）将混合料煅烧后得到镍钴锰酸锂三元材料。
步骤1）中，所述的镍钴锰酸锂前驱体化学式为NixCoyMnz(OH)2，其中0<x<1，0<y<1，0<z<1，且x+y+z=1。
步骤1）中，所述的镍钴锰酸锂前驱体为球型或类球型。
步骤1）中，所述的锂盐为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、氧化锂、草酸锂、乙酸锂中的至少一种。
步骤1）中，镍钴锰酸锂前驱体与锂盐的Li其摩尔比为1:(1.01~1.15)。
步骤1）中，所述的聚乙二醇分子量为2000~8000。
步骤1）中，所述的聚乙二醇占混合料总质量的0.1~2%。
步骤1）中，所述的混合时间为0.5~3h，混合机转速为80~200rpm。
步骤2）中，所述的煅烧气氛为氧气或空气。
步骤2）中，所述的煅烧温度为850~1000℃，煅烧时间为10~20h。
本发明的有益效果如下：
1、在材料焙烧阶段添加高分子有机物聚乙二醇，使得NCM三元材料的烧结更加充分，可有效限制焙烧过程中三元材料一次颗粒的长大，焙烧后得到的NCM三元材料一致性好，有利于提高正极材料的电化学性能；
2、对生产环境无特殊要求，合成的材料纯度高，性能稳定，易于进行工业化生产。
附图说明
图1是实施例1制备的材料的XRD谱图；
图2是实施例1制备的材料的扫描电镜照片；
图3是实施例2制备的材料的扫描电镜照片；
图4是对比例1制备的材料的扫描电镜照片。
具体实施方式
一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法，包括以下步骤：
1）将镍钴锰酸锂前驱体、锂盐和聚乙二醇粉末混合得到混合料；
2）将混合料煅烧后得到镍钴锰酸锂三元材料。
优选的，步骤1）中，所述的镍钴锰酸锂前驱体化学式为NixCoyMnz(OH)2，其中0<x<1，0<y<1，0<z<1，且x+y+z=1；进一步优选的，步骤1）中，所述的镍钴锰酸锂前驱体化学式为Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2、Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2、Ni0.4Co0.3Mn0.3(OH)2、Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2、Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2中的至少一种；再进一步优选的，步骤1）中，所述的镍钴锰酸锂前驱体化学式为Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2。
优选的，步骤1）中，所述的镍钴锰酸锂前驱体为球型或类球型。
优选的，步骤1）中，所述的锂盐为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、氧化锂、草酸锂、乙酸锂中的至少一种；进一步优选的，步骤1）中，所述的锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、氧化锂、草酸锂中的至少一种；再进一步优选的，步骤1）中，所述的锂盐为碳酸锂。
优选的，步骤1）中，镍钴锰酸锂前驱体与锂盐的Li其摩尔比为1:(1.01~1.15)；进一步优选的，步骤1）中，镍钴锰酸锂前驱体与锂盐的Li其摩尔比为1:(1.02~1.1)；再进一步优选的，步骤1）中，镍钴锰酸锂前驱体与锂盐的Li其摩尔比为1:(1.03~1.08)。
优选的，步骤1）中，所述的聚乙二醇分子量为2000~8000；进一步优选的，步骤1）中，所述的聚乙二醇分子量为2000~6000；再进一步优选的，步骤1）中，所述的聚乙二醇分子量为2000~4000。
优选的，步骤1）中，所述的聚乙二醇占混合料总质量的0.1~2%；进一步优选的，步骤1）中，所述的聚乙二醇占混合料总质量的0.1~1.5%；再进一步优选的，步骤1）中，所述的聚乙二醇占混合料总质量的0.1~1%。
优选的，步骤1）中，所述的混合时间为0.5~3h，混合机转速为80~200rpm；进一步优选的，步骤1）中，所述的混合时间为0.5~2.5h，混合机转速为80~150rpm；再进一步优选的，步骤1）中，所述的混合时间为1.5~2.5h，混合机转速为80~120rpm。
优选的，步骤2）中，所述的煅烧气氛为氧气或空气；进一步优选的，步骤2）中，所述的煅烧气氛为空气。
优选的，步骤2）中，所述的煅烧温度为850~1000℃，煅烧时间为10~20h；进一步优选的，步骤2）中，所述的煅烧温度为850~950℃，煅烧时间为10~15h；再进一步优选的，步骤2）中，所述的煅烧温度为880~920℃，煅烧时间为11~13h。
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。
实施例1
将三元前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2和Li2CO3按照Li：Ni0.5Co0.2Mn0.3=1.03的摩尔比例加入混合机中，然后加入占混合料质量分数为0.1%的聚乙二醇，聚乙二醇的分子量为2000，在100转/分钟的转速下混合2h得到混合料。将混合料装入匣钵中，在空气气氛下900℃的温度焙烧12h，焙烧结束后自然冷却，然后粉碎，过筛，得到镍钴锰酸锂三元材料。
实施例2
将三元前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2和Li2CO3按照Li：Ni0.5Co0.2Mn0.3=1.08的摩尔比例加入混合机中，然后加入占混合料质量分数为1%的聚乙二醇，聚乙二醇的分子量为4000，在100转/分钟的转速下混合2h得到混合料。将混合料装入匣钵中，在空气气氛下900℃的温度焙烧12h，焙烧结束后自然冷却，然后粉碎，过筛，得到镍钴锰酸锂三元材料。
对比例
将三元前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2和Li2CO3按照Li：Ni0.5Co0.2Mn0.3=1.03的摩尔比例加入混合机中，在100转/分钟的转速下混合2h得到混合料。将混合料装入匣钵中，在空气气氛下900℃的温度焙烧12h，焙烧结束后自然冷却，然后粉碎，过筛，得到镍钴锰酸锂三元材料。
附图1为实施例1所得到的三元正极材料的X射线衍射图，由图可知得到的镍钴锰酸锂三元材料没有杂相，结晶度好。
附图2和3分别为实施例1和2所得到的镍钴锰酸锂三元材料的扫描电镜照片。附图4为对比例所得到的镍钴锰酸锂三元材料的扫描电镜照片。从图可见。实施例1和2所得三元材料的一次颗粒的粒径为1.5μm和1μm，而对比例的为2μm。所以，烧结过程中添加聚乙二醇得到的三元材料，其一次颗粒的粒径比未添加聚乙二醇的一次颗粒的粒径要小。另外，从图2~4对比可见，对比例的三元材料其一次颗粒大小不一，而实施例的一次颗粒的大小比较均一，材料的一致性有所提高。

Claims (10)

1.一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将镍钴锰酸锂前驱体、锂盐和聚乙二醇粉末混合得到混合料；
2）将混合料煅烧后得到镍钴锰酸锂三元材料。
2.根据权利要求1所述的一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法，其特征在于：步骤1）中，所述的镍钴锰酸锂前驱体化学式为NixCoyMnz(OH)2，其中0<x<1，0<y<1，0<z<1，且x+y+z=1。
3.根据权利要求2所述的一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法，其特征在于：步骤1）中，所述的镍钴锰酸锂前驱体为球型或类球型。
4.根据权利要求3所述的一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法，其特征在于：步骤1）中，所述的锂盐为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、氧化锂、草酸锂、乙酸锂中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法，其特征在于：步骤1）中，镍钴锰酸锂前驱体与锂盐的Li其摩尔比为1:(1.01~1.15)。
6.根据权利要求5所述的一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法，其特征在于：步骤1）中，所述的聚乙二醇分子量为2000~8000。
7.根据权利要求6所述的一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法，其特征在于：步骤1）中，所述的聚乙二醇占混合料总质量的0.1~2%。
8.根据权利要求7所述的一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法，其特征在于：步骤1）中，所述的混合时间为0.5~3h，混合机的转速为80~200rpm。
9.根据权利要求1所述的一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法，其特征在于：步骤2）中，所述的煅烧气氛为氧气或空气。
10.根据权利要求9所述的一种在烧结过程中控制镍钴锰酸锂三元材料一次颗粒粒径的方法，其特征在于：步骤2）中，所述的煅烧温度为850~1000℃，煅烧时间为10~20h。
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