CN109786672B - 一种微米级单晶三元正极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微米级单晶三元正极材料的制备方法，原料砂磨混合：将羰基镍、羰基钴、羰基锰和叔丁基锂在砂磨机中按照摩尔比0.2‑0.6:0.2‑0.4:0.2‑0.5:0.95‑1.15高速研磨，砂磨机工作的线速度a＝20‑35m/s，研磨介质为碳化钨颗粒尺寸b＝0.1‑5毫米，研磨时间b*600/a小时；材料烧结：材料于空气气氛中，采用普通圆盘电炉烧结，电炉功率为P＝1500‑3000W，电炉丝长度L＝5‑15米，烧结时间为P*0.3/L小时，得到微米级单晶三元正极材料。本发明通过采用本工艺合成的微米级单晶三元正极材料，具有比表面积低、粒度分布集中，同时热稳定高等优点，另外由于具有较低的比表面积，材料和电解液接触程度较低，材料的循环寿命较之常规的球形团聚材料有较大的提升。
Description
技术领域
本发明属于无机新能源材料技术领域，特别是涉及一种微米级单晶三元正极材料的制备方法。
背景技术
当前，锂离子电池是电动汽车用较为广泛和可靠的动力源。伴随着电动汽车的发展,对电池能量密度的要求越来越高。目前锂离子动力电池较多的采用磷酸铁锂和NCM三元作为正极材料，磷酸铁锂材料由于工作电压较低，且电极的压实密度不高，造成了成组后的电池总体能量密度不高，而三元类正极材料尽管具有较高的能量密度，但是由于其规模化制备方法往往是液相共沉淀法，而得到的产品多为微米级球形团聚体，而这些团聚体在电极涂布碾压过程中会破碎掉粉从而对电池各项性能造成一定影响。
微米级单晶材料是改善材料加工性能的一个有效手段，从钴酸锂材料的成功经验可以看出，单晶正极材料具有良好的热稳定性，电极/电解液界面兼容性以及较高的电极压实密度(目前三元类正极材料压实密度往往在3.3-3.6g/cm3左右，而单晶材料的压实密度往往大于3.9g/cm3)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种微米级单晶三元正极材料的制备方法，有助于改善材料的热稳定性、电极/电解液界面兼容性以及较高的电极压实密度的三元类正极材料。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种微米级单晶三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料砂磨混合：将羰基镍、羰基钴、羰基锰和叔丁基锂在砂磨机中按照摩尔比0.2-0.6:0.2-0.4:0.2-0.5:0.95-1.15高速研磨，砂磨机工作的线速度a＝20-35m/s，研磨介质为碳化钨颗粒尺寸b＝0.1-5毫米，研磨时间b*600/a小时；
(2)材料烧结：材料于空气气氛中，采用普通圆盘电炉烧结，电炉功率为P＝1500-3000W，电炉丝长度L＝5-15米，烧结时间为P*0.3/L小时，得到微米级单晶三元正极材料。
本发明的有益效果是：通过采用本工艺合成的微米级单晶三元正极材料，具有比表面积低、粒度分布集中，同时热稳定高等优点，另外由于具有较低的比表面积，材料和电解液接触程度较低，材料的循环寿命较之常规的球形团聚材料有较大的提升。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并详细说明如下：
实施例1
羰基镍、羰基钴、羰基锰和叔丁基锂按照摩尔比0.6：0.2：0.2：0.95在砂磨机中高速研磨，研磨的线速度为20m/s，碳化钨球磨介质的尺寸为0.1毫米，研磨时间0.1*600/20＝3h，烧结采用的电炉功率P＝3000W，电炉丝长度L＝15米，烧结时间为3000*0.3/15＝60h。
实施例2
羰基镍、羰基钴、羰基锰和叔丁基锂按照摩尔比0.33：0.33：0.33：1在砂磨机中高速研磨，研磨的线速度为30m/s，碳化钨球磨介质的尺寸为1毫米，研磨时间1*600/30＝20h，烧结采用的电炉功率P＝2000W，电炉丝长度L＝10米，烧结时间为2000*0.3/10＝60h。
实施例3
羰基镍、羰基钴、羰基锰和叔丁基锂按照摩尔比0.2：0.4：0.4：1.15在砂磨机中高速研磨，研磨的线速度为30m/s，碳化钨球磨介质的尺寸为5毫米，研磨时间5*600/30＝100h，烧结采用的电炉功率P＝1500W，电炉丝长度L＝5米，烧结时间为1500*0.3/5＝90h。
比较例1
将镍硝酸镍、醋酸锰、醋酸钴溶解在水中，经搅拌后配制成2mol/L的混合盐溶液；将氢氧化钠溶解在水中，不断搅拌，加入氨水作为络合剂，配制成设计浓度的混合碱溶液；在氩气气氛下，将混合盐溶液与混合碱溶液用蠕动泵加入到反应器中，控制pH＝11左右，温度为60℃，反应时间16小时，而后将沉淀过滤、洗涤、干燥得到前驱体；将碳酸锂按照Li：Ni：Co：Mn＝1.05：0.33：0.33：0.33的化学计量比与前驱体进行球磨混合，然后在空气气氛下，900℃烧结15h时间，自然冷却后得到材料，经粉碎分级后得到最终样品。
表1实施例和比较例效果对比
| D50μm | 压实密度g/cm<sup>3</sup> | |
| 实施例1 | 6 | 3.8 |
| 实施例2 | 7 | 3.9 |
| 实施例3 | 8 | 4.0 |
| 比较例1 | 10 | 3.4 |
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (1)
1.一种微米级单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)原料砂磨混合：将羰基镍、羰基钴、羰基锰和叔丁基锂在砂磨机中按照摩尔比0.2-0.6:0.2-0.4:0.2-0.5:0.95-1.15高速研磨，砂磨机工作的线速度a＝20-35m/s，研磨介质为碳化钨颗粒，碳化钨颗粒尺寸b＝0.1-5毫米，研磨时间b*600/a小时；
(2)材料烧结：将步骤(1)中得到的材料于空气气氛中，采用普通圆盘电炉烧结，电炉功率为P＝1500-3000W，电炉丝长度L＝5-15米，烧结时间为P*0.3/L小时，得到微米级单晶三元正极材料。
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