CN109346706A - 一种高容量低成本三元正极材料的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高容量低成本三元正极材料的生产方法，使用碳酸锂和三元前躯体Ni0.55Co0.15Mn0.30(OH)2为主要原料，配料中掺入0.1％～1.0％的金属氧化物或氢氧化物，通过干法混合，使主要原料和添加剂达到分子级混合均匀度、再进行富氧条件高温烧结、破碎、粉碎、成品混合、过筛、除铁、热封包装，最后得到高容量低成本的三元正极材料。该方法工艺流程简单、有效降低了三元生产成本，提高了三元正极材料的电化学克容量和循环性能，三元正极材料质量稳定。

Description

一种高容量低成本三元正极材料的生产方法
技术领域
本发明属于锂离子电池正极材料的制备技术领域，具体涉及一种高容量低成本三元正极材料的生产方法。
背景技术
三元正极材料是指镍钴锰酸锂，综合LiCoO2,LiNiO2,LiMn2O4三种锂离子电池正极材料的优点，三元正极材料的性能好于以上任一单一组分正极材料，存在明显的协同效应，是这几年锂电池正极材料市场增速最快正极材料。通过引入Co，能够减少阳离子混合占位，有效稳定材料的层状结构，降低阻抗值，提高电导率。引入Ni,可提高材料的容量。引入Mn，不仅可以降低材料成本，而且还可以提高材料的安全性和稳定性。三元材料可以按照不同比例，由镍钴锰三种金属元素组成复合型过渡金属氧化物，用通式LiNi1-x-yCoxMnyO2来表示。
目前商业化的三元正极材料有五种，即LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.6O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2.也就是常说333、424、523、622、811。其中LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极材料市场需求量最大。
近几年，随着锂电池的高速发展，金属钴价格持续上涨。从需求端来看，电池行业目前是钴最大的需求端。2017年，我国钴的消费量不足6万吨，其中电池行业用钴4.8万吨，在4.8万吨的电池用钴中，3C电池用钴占比84％，动力电池用钴占比16％。随着三元电池成为新能源汽车电池的主流路线，钴作为三元电池核心材料之一，需求量也会随之增加。各专业机构预测随着金属钴供给弹性低叠加需求高增长，预计价格将持续上行。
钴是三元正极材料里生产成本最高的金属，在三元正极材料中，钴的作用在于可以稳定材料的层状结构,而且可以提高材料的循环和倍率性能，但过高的钴含量会导致实际容量降低，原料成本增加。我们根据三元市场发展需求，研发了高容量低成本的551530三元产品。
LiNi0.55Co0.15Mn0.3O2三元与LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元相比，具有更高的镍含量，可以使材料的克容量发挥的更高，提高电池的体积能量密度；并且钴含量降低了3％-4％，大幅度降低了原料采购成本。实现三元了最佳性价比。
三元正极材料能量密度高，倍率性能好，循环性能稳定，热稳定性好。现已广泛应用到移动设备电源、笔记本电池、动力电池以及电动工具电池。其中551530型三元(LiNi0.55Co0.15Mn0.30O2)正极材料未来将成为三元正极材料的主流产品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种通过富锂、掺杂、一次烧结，以提高551530型三元正极材料的电化学克容量和循环性能的生产方法，实现锂电池正极材料的“低成本、高容量、高安全、长循环”标准，满足高端锂动力电池客户的要求。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
高容量低成本551530型三元正极材料的生产方法，包括以下步骤：
步骤S1：原料预处理，使用三元前躯体Ni0.55Co0.15Mn0.30(OH)2和碳酸锂作为原材料，纳米级金属氧化物或氢氧化物作为添加剂，所述碳酸锂采用电池级碳酸锂或工业级碳酸锂，所述工业级碳酸锂需进行预处理；
步骤S2：配料称重，将碳酸锂与三元前躯体Ni0.55Co0.15Mn0.30(OH)2按照摩尔比Li：(Ni+Co+Mn)＝1.03～1.10的比例进行配方计算，计算精确到0.1g，配方计算准确后称重，配料过程要称重少部分金属氧化物或氢氧化物，所述金属氧化物或氢氧化物中金属的质量按理论产品质量的0.1％～1.0％计算；
步骤S3：生料混合，将配料称重的碳酸锂、551530三元前躯体和金属氧化物或氢氧化物，置于高速混合机中混合，混合时间为30～100分钟，到达分子级均匀混合均匀度，测试混合生料，Ni和Mn含量极差小于0.5％；
步骤S4：一次富氧烧结，将混合均匀的生料，使用富氧辊道窑进行一次烧结，在烧结过程中持续通入氧气，并及时排出二氧化碳和水蒸气，窑炉内氧含量大于60％；烧结后的551530半成品，人工碾磨、过筛，测试粒度、残碱含量和扣电克容量。
步骤S5：破碎、粉碎、混合、除铁、包装、入库：烧结后物料都在包装除湿间内加工处理，包装除湿间控制环境湿度小于40％。烧结后的551530三元半成品鄂式破碎、辊式破碎、机械或气流粉碎；控制粒度D50＝10～16um；粉碎好的物料倒入双螺旋锥形混合机，混合时间60-120分钟，混合后成品粒度极差小于0.8％，混合后的成品过筛320-450目，过筛后的物料进行除铁，控制除铁后物料中的磁性物质含量小于100ppb；除铁后的物料热封包装，入库。
优选的，步骤S1中工业级碳酸锂需进行预处理，气流粉碎后控制粒度D50＝4-6um再投入使用，电池级碳酸锂过筛100-150目筛网，其中过筛机下料口安装除铁器，再投入使用，杜绝异物，预处理后的碳酸锂易于混合分散。
优选的，步骤S4中所述一次烧结采用三段温区设定，依次为650～700℃持续2-6小时，750～850℃持续4-10小时，850～930℃，持续时间为8-18小时，各阶段做好烧结温度过渡，此工艺相当于三次阶段烧结。
优选的，步骤S4中窑炉内氧含量大于60％，通过加大氧气供应量，实现窑炉富氧环境烧结。每小时通入氧气大于100立方米以上，每小时排出气体大于80立方米以上，窑炉内氧含量大于60％，富氧条件下烧结产品残碱含量小于0.5％，使三元材料化学反应更加彻底。
优选的，步骤S5中对一次烧结551530半成品，进行破碎、粉碎，控制产品粒度D50＝10-16um，并且551530三元烧结后处理，在低湿度环境中处理，控制产品水分含量小于0.05％。
优选的，步骤S1所述金属氧化物为钛或铝或镁或铌或镧或铈的氧化物，步骤S1所述氢氧化物为铝或镁的氢氧化物，粒度D50为200～800纳米；具体的，氧化物主要是二氧化钛、三氧化二铝、稀土氧化镧、氧化铌、氧化铈，氢氧化物是氢氧化铝和氢氧化镁。
优选的，551530三元工艺对原料质量要求一般，并且工艺最优化，生产成本比正常三元低20％以上。如生产高端动力型551530产品，需增加铝包覆、二次烧结工艺，生产成本略有增加。
优选的，步骤S5中，在三元物料粉碎之后，增加改性深加工工艺，对一次烧结粉碎后的三元进行铝包覆和二次烧结：将粉碎后的三元半成品和等质量的去离子水，倒入反应釜混合，混合过程中倒入铝包覆溶液，控制铝包覆含量500-1500ppm，搅拌混合60-120分钟，再打入离心机甩干，甩干后再进行低温二次烧结，烧结温度500-800度，烧结时间6-16小时，二次烧结后直接混合、除铁、包装、入库
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明使用钴含量较低的三元前躯体，原料采购成本低，并通过富锂、掺杂、富氧一次高温烧结的方法制备出高容量低成本三元正极材料，有效地提高了三元正极材料的电化学克容量和循环性能，生产出的三元正极材料质量稳定，产品使用18650锂电池测试0.5C克容量大于160mAh/g，最高可以达到165mAh/g，0.5C充放电循环性能2000次～3000次衰减小于20％。
有益效果具体为：
首先，本发明通过富锂和掺杂工艺，能够使掺入的纳米级钛、铝、镁、锆、镧或铈颗粒以氧化态结构嵌入三元一次晶体颗粒中，稳固和支撑三元晶体结构，有效抑制551530型三元晶胞结构在充放电过程中的相变和塌陷，以达到提高551530型三元正极材料的循环性能；并且，游离的纳米级金属氧化物和富余的碳酸锂反应，生成纳米级的金属酸锂(如钛酸锂等)，能提高三元正极材料的能力密度，即提高551530型三元正极材料的克容量。采用X射线衍射(XRD)对样品进行晶体结构分析表明，本发明551530型三元正极材料晶体结构完整，无杂相。
其次，本发明通过富氧一次高温烧结，使551530三元产品反应更加充分彻底，残碱含量低；并且烧结后半成品在包装除湿间作业，控制551530三元产品水分最低，有利于后期制作电池时加工性能。
最后，对551530三元产品进行改性深加工，能满足高端动力电池质量需求。通过铝包覆、二次烧结，能去除三元正极材料中的杂质和阳性物质(如OH-)，降低三元正极材料的PH值，降低三元正极材料的比表面积；铝包覆、二次烧结后的551530型三元正极材料，颗粒表面有一层氧化铝薄膜，减少了与电解液接触面积和反应几率，并且稳定了551530晶体结构，改善了彼此间的化学相容性；可以进行高电压充放电。使得本发明551530型三元正极材料在整个充放电过程中电化学稳定性高，并且与电解质保持良好的热稳定性，以保障锂电池工作的安全性。采用扫描电子显微镜(SEM)对铝包覆前及铝包覆后、二次烧结后的551530型三元正极材料进行测试，扫描电镜图显示铝包覆、二次烧结后的551530型三元正极材料颗粒表面更加光滑。
本发明有效地提高了551530型三元正极材料的克容量和循环性能，并且生产工艺简单、过程易于控制，能耗低、效率高，成本低廉适合产业化生产。采取以上工艺生产的551530型三元正极材料制作锂电池，所得锂电池具有能量密度大和循环性能好等诸多优点，可极大地降低动力电池的生产成本。
附图说明
图1为本发明中关于铝包覆前的三元扫描电镜图；
图2为本发明中关于铝包覆二次烧结后的三元扫描电镜图
图3为本发明中关于铝包覆前和铝包覆二次烧结后三元扣电循环对比图
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
实施例1
高容量低成本551530型三元正极材料的生产方法，包括以下步骤：
a.原料预处理：如采购的是工业级碳酸锂原料，需进行气流粉碎，控制产品粒度D50＝4-6um，粉碎好的碳酸锂再投入生产。如采购的是电池级碳酸锂，人工过筛125目(过筛机下料口安装除铁器)，再投入使用。
b.配料称重：称取75kg三元前躯体Ni0.55Co0.15Mn0.30(OH)2，碳酸锂重量按摩尔比Li：(Ni+Co+Mn)＝1.06的比例进行计算并称重，掺入纳米级二氧化钛的钛含量按75kg×1.065(75kg三元前躯体对应的理论产品质量)的0.2％计算，再换算成二氧化钛的重量；
c.生料混合：将配料称重好的碳酸锂、三元前躯体和二氧化钛，依次倒入高速混合机混合，低速混合10分钟，高速混合30分钟，混合后检查无白点，即混合均匀，得生料；
d.一次烧结：将混合均匀的生料使用辊道窑进行一次烧结，一次烧结采用三段温区设定，即：660℃保温烧结4小时，800℃保温烧结8小时，900℃保温烧结12小时，升温区和各阶段做好烧结温度过渡，并持续通入氧气，及时排放二氧化碳，每小时通入氧气100立方米，排出气体80立方米，实现窑炉烧结时富氧含量大于70％。烧结后产品人工取样，碾磨、过筛、测试残碱含量、粒度和扣电；
e.破碎、粉碎、混合、除铁、包装、入库：烧结后物料都在包装除湿间内加工处理，包装除湿间控制环境湿度小于40％。烧结后的551530三元半成品鄂式破碎、辊式破碎、机械或气流粉碎；控制粒度D50＝10～16um；粉碎好的物料倒入双螺旋锥形混合机，混合时间100分钟，混合后成品粒度极差小于0.8％，混合后的成品过筛400目，过筛后的物料进行除铁，控制除铁后物料中的磁性物质含量小于100ppb；除铁后的物料热封包装，入库。(可以根据要求，可进行铝包覆和二次烧结深加工)
本发明中，步骤C中，碳酸锂原料返工预处理，可以降低碳酸锂采购成本，并且预处理的碳酸锂可以减少混合时间，提高混合效率。并且预处理碳酸锂，可以杜绝碳酸锂原料中有异物，降低碳酸锂原料磁性物质含量。
此工艺生产的高容量低成本551530型三元正极材料，残碱含量小于0.2％，振实密度可以达到3.0g/cm2，压实密度大于3.7g/cm2以上，使用18650电池测试其电学性能，1C克容量达到164.6mAh/g，0.5C充放电循环2228次容量衰减20％。
实施例2
a.原料预处理：如采购的是工业级碳酸锂原料，需进行气流粉碎，控制产品粒度D50＝4-6um，粉碎好的碳酸锂再投入生产。如采购的是电池级碳酸锂，人工过筛125目(过筛机下料口安装除铁器)，再投入使用。
b.配料称重：称取75kg三元前躯体Ni0.55Co0.15Mn0.30(OH)2，碳酸锂重量按摩尔比Li：(Ni+Co+Mn)＝1.07的比例进行计算并称重，掺入纳米级二氧化钛的钛含量按75kg×1.065(75kg三元前躯体对应的理论产品质量)的0.3％计算，再换算成二氧化钛的重量；
c.生料混合：将配料称重好的碳酸锂、三元前躯体和二氧化钛，依次倒入高速混合机混合，低速混合10分钟，高速混合60分钟，混合后检查无白点，即混合均匀，得生料；
d.一次烧结：将混合均匀的生料使用辊道窑进行一次烧结，一次烧结采用三段温区设定，即：660℃保温烧结2小时，800℃保温烧结4小时，900℃保温烧结10小时，升温区和各阶段做好烧结温度过渡，并持续通入氧气，及时排放二氧化碳，每小时通入氧气120立方米，排出气体100立方米，实现窑炉烧结时富氧含量大于60％。烧结后产品人工取样，碾磨、过筛、测试残碱含量、粒度和扣电；
e.破碎、粉碎、混合、除铁、包装、入库：烧结后物料都在包装除湿间内加工处理，包装除湿间控制环境湿度小于40％。烧结后的551530三元半成品鄂式破碎、辊式破碎、机械或气流粉碎；控制粒度D50＝10～16um；粉碎好的物料倒入双螺旋锥形混合机，混合时间100分钟，混合后成品粒度极差小于0.8％，混合后的成品过筛400目，过筛后的物料进行除铁，控制除铁后物料中的磁性物质含量小于100ppb；除铁后的物料热封包装，入库。(可以根据要求，可进行铝包覆和二次烧结深加工)
本发明中，步骤d中，通入的氧气量应大于排出的气体量，以保证窑炉富氧状态，随着氧含量增加，烧结产品残碱含量逐渐降低，三元反应更加充分彻底。反应充分彻底的三元产品便于粉碎，并且振实密度有所增加。扣电电化学性能稳定。
此工艺生产的高容量低成本551530型三元正极材料，残碱含量小于0.2％，振实密度可以达到2.7g/cm2，压实密度大于3.6g/cm2以上，使用18650电池测试其电学性能，1C克容量达到164.5mAh/g，0.5C充放电循环2560次容量衰减20％。
实施例3
a.原料预处理：如采购的是工业级碳酸锂原料，需进行气流粉碎，控制产品粒度D50＝4-6um，粉碎好的碳酸锂再投入生产。如采购的是电池级碳酸锂，人工过筛125目(过筛机下料口安装除铁器)，再投入使用。
b.配料称重：称取75kg三元前躯体Ni0.55Co0.15Mn0.30(OH)2，碳酸锂重量按摩尔比Li：(Ni+Co+Mn)＝1.09的比例进行计算并称重，掺入纳米级二氧化钛的钛含量按75kg×1.065(75kg三元前躯体对应的理论产品质量)的0.6％计算，再换算成二氧化钛的重量；
c.生料混合：将配料称重好的碳酸锂、三元前躯体和二氧化钛，依次倒入高速混合机混合，低速混合10分钟，高速混合60分钟，混合后检查无白点，即混合均匀，得生料；
d.一次烧结：将混合均匀的生料使用辊道窑进行一次烧结，一次烧结采用三段温区设定，即：660℃保温烧结3小时，800℃保温烧结6小时，900℃保温烧结12小时，升温区和各阶段做好烧结温度过渡，并持续通入氧气，及时排放二氧化碳，每小时通入氧气120立方米，排出气体100立方米，实现窑炉烧结时富氧含量大于60％。烧结后产品人工取样，碾磨、过筛、测试残碱含量、粒度和扣电；
e.破碎、粉碎、混合、除铁、包装、入库：烧结后物料都在包装除湿间内加工处理，包装除湿间控制环境湿度小于40％。烧结后的551530三元半成品鄂式破碎、辊式破碎、机械或气流粉碎；控制粒度D50＝10～16um；粉碎好的物料倒入双螺旋锥形混合机，混合时间100分钟，混合后成品粒度极差小于0.8％，混合后的成品过筛400目，过筛后的物料进行除铁，控制除铁后物料中的磁性物质含量小于100ppb；除铁后的物料热封包装，入库。(可以根据要求，可进行铝包覆和二次烧结深加工)
本发明中，步骤b中，随着锂配比的提高，配料添加剂的增加，生产的三元产品电化学克容量略有降低，但产品循环性能有所提高，即富锂配方生产三元有助于产品循环性能提高。
此工艺生产的高容量低成本551530型三元正极材料，使用18650电池测试其电学性能，1C克容量达到161.1mAh/g，0.5C充放电循环2850次容量衰减20％。
实施例4
a.原料预处理：如采购的是工业级碳酸锂原料，需进行气流粉碎，控制产品粒度D50＝4-6um，粉碎好的碳酸锂再投入生产。如采购的是电池级碳酸锂，人工过筛125目(过筛机下料口安装除铁器)，再投入使用。
b.配料称重：称取75kg三元前躯体Ni0.55Co0.15Mn0.30(OH)2，碳酸锂重量按摩尔比Li：(Ni+Co+Mn)＝1.07的比例进行计算并称重，掺入纳米级二氧化钛的钛含量按75kg×1.065(75kg三元前躯体对应的理论产品质量)的0.4％计算，再换算成二氧化钛的重量；
c.生料混合：将配料称重好的碳酸锂、三元前躯体和二氧化钛，依次倒入高速混合机混合，低速混合10分钟，高速混合60分钟，混合后检查无白点，即混合均匀，得生料；
d.一次烧结：将混合均匀的生料使用辊道窑进行一次烧结，一次烧结采用三段温区设定，即：660℃保温烧结3小时，800℃保温烧结6小时，900℃保温烧结12小时，升温区和各阶段做好烧结温度过渡，并持续通入氧气，及时排放二氧化碳，每小时通入氧气120立方米，排出气体100立方米，实现窑炉烧结时富氧含量大于60％。烧结后产品人工取样，碾磨、过筛、测试残碱含量、粒度和扣电；
e.破碎、粉碎、混合、除铁、包装、入库：烧结后物料都在包装除湿间内加工处理，包装除湿间控制环境湿度小于30％。烧结后的551530三元半成品鄂式破碎、辊式破碎、机械或气流粉碎；控制粒度D50＝10～16um；粉碎好的物料倒入双螺旋锥形混合机，混合时间100分钟，混合后成品粒度极差小于0.8％，混合后的成品过筛400目，过筛后的物料进行除铁，控制除铁后物料中的磁性物质含量小于100ppb；除铁后的物料热封包装，入库。(可以根据要求，可进行铝包覆和二次烧结深加工)
本发明中，步骤e中，烧结后产品处理，在低湿度环境中处理，能降低产品水分含量，改善产品加工性能。
此工艺生产的高容量低成本551530型三元正极材料，使用18650电池测试其电学性能，1C克容量达到162.5mAh/g，0.5C充放电循环2610次容量衰减20％。
实施例5
a.原料预处理：如采购的是工业级碳酸锂原料，需进行气流粉碎，控制产品粒度D50＝4-6um，粉碎好的碳酸锂再投入生产。如采购的是电池级碳酸锂，人工过筛125目(过筛机下料口安装除铁器)，再投入使用。
b.配料称重：称取75kg三元前躯体Ni0.55Co0.15Mn0.30(OH)2，碳酸锂重量按摩尔比Li：(Ni+Co+Mn)＝1.07的比例进行计算并称重，掺入纳米级二氧化钛的钛含量按75kg×1.065(75kg三元前躯体对应的理论产品质量)的0.4％计算，再换算成二氧化钛的重量；
c.生料混合：将配料称重好的碳酸锂、三元前躯体和二氧化钛，依次倒入高速混合机混合，低速混合10分钟，高速混合60分钟，混合后检查无白点，即混合均匀，得生料；
d.一次烧结：将混合均匀的生料使用辊道窑进行一次烧结，一次烧结采用三段温区设定，即：660℃保温烧结3小时，800℃保温烧结6小时，900℃保温烧结12小时，升温区和各阶段做好烧结温度过渡，并持续通入氧气，及时排放二氧化碳，每小时通入氧气120立方米，排出气体100立方米，实现窑炉烧结时富氧含量大于60％。烧结后产品人工取样，碾磨、过筛、测试残碱含量、粒度和扣电；
e.破碎、粉碎、包覆、二次烧结、混合、除铁、包装、入库：烧结后物料都在包装除湿间内加工处理，包装除湿间控制环境湿度小于30％。烧结后的551530三元半成品鄂式破碎、辊式破碎、机械或气流粉碎；控制粒度D50＝10～16um；粉碎好的物料。和等质量的去离子水，倒入反应釜混合，混合过程中倒入铝包覆溶液，控制铝包覆含量1000ppm，搅拌混合100分钟，再打入离心机甩干，甩干后再进行低温二次烧结，烧结温度700度，烧结时间10小时，二次烧结后直接倒入双螺旋锥形混合机，混合时间100分钟，混合后成品粒度极差小于0.8％，混合后的成品过筛400目，过筛后的物料进行除铁，控制除铁后物料中的磁性物质含量小于100ppb；除铁后的物料热封包装，入库。
本发明中，步骤e中，一次烧结后的551530三元增加了铝包覆和二次烧结工艺，降低了产品pH值，提高了产品常电压和高电压充放电循环性能性能。
此工艺生产的高容量低成本551530型三元正极材料，PH值小于11.5，使用18650电池测试其电学性能,3-4.2V常电压循环1C克容量达到163.6mAh/g，0.5C充放电循环2960次容量衰减20％。3-4.4V高电压循环性能明显好于一次烧结的551530三元产品。
实施例6
a.原料预处理：如采购的是工业级碳酸锂原料，需进行气流粉碎，控制产品粒度D50＝4-6um，粉碎好的碳酸锂再投入生产。如采购的是电池级碳酸锂，人工过筛125目(过筛机下料口安装除铁器)，再投入使用。
b.配料称重：称取75kg三元前躯体Ni0.55Co0.15Mn0.30(OH)2，碳酸锂重量按摩尔比Li：(Ni+Co+Mn)＝1.075的比例进行计算并称重，掺入纳米级二氧化钛的钛含量按75kg×1.065(75kg三元前躯体对应的理论产品质量)的0.3％计算，再换算成二氧化钛的重量；
c.生料混合：将配料称重好的碳酸锂、三元前躯体和二氧化钛，依次倒入高速混合机混合，低速混合10分钟，高速混合60分钟，混合后检查无白点，即混合均匀，得生料；
d.一次烧结：将混合均匀的生料使用辊道窑进行一次烧结，一次烧结采用三段温区设定，即：660℃保温烧结6小时，800℃保温烧结10小时，900℃保温烧结16小时，升温区和各阶段做好烧结温度过渡，并持续通入氧气，及时排放二氧化碳，每小时通入氧气120立方米，排出气体100立方米，实现窑炉烧结时富氧含量大于60％。烧结后产品人工取样，碾磨、过筛、测试残碱含量、粒度和扣电；
e.破碎、粉碎、混合、除铁、包装、入库：烧结后物料都在包装除湿间内加工处理，包装除湿间控制环境湿度小于30％。烧结后的551530三元半成品鄂式破碎、辊式破碎、机械或气流粉碎；控制粒度D50＝10～16um；粉碎好的物料倒入双螺旋锥形混合机，混合时间100分钟，混合后成品粒度极差小于0.8％，混合后的成品过筛400目，过筛后的物料进行除铁，控制除铁后物料中的磁性物质含量小于100ppb；除铁后的物料热封包装，入库。(可以根据要求，可进行铝包覆和二次烧结深加工)
本发明中，步骤d中，烧结各段温度持续越长，三元反应越彻底，残碱含量越低，电化学性能越稳定。
此工艺生产的高容量低成本551530型三元正极材料，残碱含量小于0.15％，使用18650电池测试其电学性能，1C克容量达到163.3mAh/g，0.5C充放电循环2735次容量衰减20％。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种高容量低成本三元正极材料的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：原料预处理，使用三元前躯体Ni0.55Co0.15Mn0.30(OH)2和碳酸锂作为原材料，纳米级金属氧化物或氢氧化物作为添加剂，所述碳酸锂采用电池级碳酸锂或工业级碳酸锂，所述工业级碳酸锂需进行预处理；
步骤S2：配料称重，将碳酸锂与三元前躯体Ni0.55Co0.15Mn0.30(OH)2按照摩尔比Li：(Ni+Co+Mn)＝1.03～1.13的比例进行配料，配料过程中掺入金属氧化物或氢氧化物，所述金属氧化物或氢氧化物金属的质量按理论产品质量的0.1％～1.0％计算；
步骤S3：生料混合，将配料称重准确的碳酸锂、三元前躯体和金属氧化物或氢氧化物，置于高速混合机中混合，混合时间为30～100分钟，到达分子级均匀混合均匀度，测试混合生料，Ni和Mn含量极差小于0.5％；
步骤S4：一次富氧烧结，将混合均匀的生料，使用富氧辊道窑进行一次烧结，在烧结过程中持续通入氧气，并及时排出二氧化碳和水蒸气，窑炉内氧含量大于60％；烧结后的三元半成品，人工碾磨、过筛，测试粒度、残碱含量和扣电克容量；
步骤S5：破碎、粉碎、混合、除铁、包装、入库：烧结后物料都在包装除湿间内加工处理，包装除湿间控制环境湿度小于40％，烧结后的三元半成品鄂式破碎、辊式破碎、机械或气流粉碎；控制粒度D50＝10～16um；粉碎好的物料倒入双螺旋锥形混合机，混合时间60-120分钟，混合后成品粒度极差小于0.8％，混合后的成品过筛320-450目，过筛后的物料进行除铁，控制除铁后物料中的磁性物质含量小于100ppb；除铁后的物料热封包装，入库。
2.根据权利要求1所述的高容量低成本三元正极材料的生产方法，其特征在于：步骤S1中工业级碳酸锂需进行预处理，气流粉碎后控制粒度D50＝4-6um再投入使用，电池级碳酸锂过筛100-150目筛网，其中过筛机下料口安装除铁器，再投入使用，杜绝异物，预处理后的碳酸锂易于混合分散。
3.根据权利要求1所述的高容量低成本三元正极材料的生产方法，其特征在于：步骤S4中所述所述一次烧结的温度为650～700℃持续2-6小时，750～850℃持续4-10小时，850～930℃，持续时间为8-18小时。
4.根据权利要求1所述的高容量低成本三元正极材料的生产方法，其特征在于：步骤S4中在烧结过程中持续通入氧气，每小时通入氧气大于60立方米以上，每小时排出气体大于40立方米以上，窑炉内氧含量大于60％，烧结产品残碱含量小于0.5％，使三元材料化学反应更加彻底。
5.根据权利要求1所述的高容量低成本三元正极材料的生产方法，其特征在于：步骤S5中，三元烧结后处理，在低湿度环境中处理，控制产品水分含量小于0.05％。
6.根据权利要求1所述的高容量低成本三元正极材料的生产方法，其特征在于：步骤S1所述金属氧化物为钛或铝或镁或铌或镧或铈的氧化物，步骤S1所述氢氧化物为铝或镁的氢氧化物，粒度D50为200～800纳米。
7.根据权利要求1所述的高容量低成本三元正极材料的生产方法，其特征在于：生产动力型三元产品，增加铝包覆、二次烧结工艺。
8.根据权利要求1所述的高容量低成本三元正极材料的生产方法，其特征在于：步骤S5中，在三元物料粉碎之后，增加改性深加工工艺，对一次烧结粉碎后的三元进行铝包覆和二次烧结：将粉碎后的三元半成品和等质量的去离子水，倒入反应釜混合，混合过程中倒入铝包覆溶液，控制铝包覆含量500-1500ppm，搅拌混合60-120分钟，再打入离心机甩干，甩干后再进行低温二次烧结，烧结温度500-800度，烧结时间6-16小时，二次烧结后直接混合、除铁、包装、入库。
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