CN113445118B - 一种单晶三元正极材料及其制备方法以及锂离子电池 - Google Patents
一种单晶三元正极材料及其制备方法以及锂离子电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113445118B CN113445118B CN202110705464.2A CN202110705464A CN113445118B CN 113445118 B CN113445118 B CN 113445118B CN 202110705464 A CN202110705464 A CN 202110705464A CN 113445118 B CN113445118 B CN 113445118B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- metal
- ternary
- roasting
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title description 23
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 title description 22
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 12
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 45
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000005049 combustion synthesis Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims abstract description 18
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 26
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 17
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 claims description 6
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 16
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 7
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Co].[Ni] Chemical compound [Mn].[Co].[Ni] KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 229910012742 LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2 Inorganic materials 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 229910002991 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229910017071 Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017223 Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 2
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 2
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 description 1
- 229910013716 LiNi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013879 LiNi0.3Co0.3Mn0.4O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011328 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015872 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910016739 Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N dilithium;dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mn]([O-])(=O)=O QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B1/00—Single-crystal growth directly from the solid state
- C30B1/10—Single-crystal growth directly from the solid state by solid state reactions or multi-phase diffusion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/16—Oxides
- C30B29/22—Complex oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
- H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
- H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明提供了一种单晶三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：A)将三元材料前驱体、锂源和添加剂混合后挤压，得到坯体；所述添加剂选自金属粉末和碳粉中的一种或多种，所述金属粉末选自金属钴粉、金属锰粉和金属镍粉中的一种或多种；B)用电弧放电对所述坯体底部点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；C)将所述中间体依次进行破碎、整形、分级、焙烧和冷却，得到单晶三元正极材料。本发明提供的单晶三元材料制备方法工艺简单，制备成本较低，适合大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种单晶三元正极材料及其制备方法以及锂离子电池。
背景技术
目前已经商业化的锂离子电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂及镍钴锰三元正极材料。与其他正极材料相比较，镍钴锰三元正极材料具有较高的放电比容量、较高的循环性能和倍率性能，尤其适合作为高能量密度锂离子电池的正极材料。普通的三元材料为多晶球形形貌，容易在极片压实过程中破碎成多个细小颗粒，造成锂离子电池充放电过程中的副反应增多，导致循环性能降低。
现有的单晶形貌的镍钴锰三元正极材料制备工艺，主要关注于水热法制备前躯体、提高烧结温度、添加助熔剂、多次烧结、颗粒破碎等方面，单位能耗较大，不利于单晶三元材料的大规模应用。如公开号为CN111600010A的中国专利公开了一种三元材料的单晶大颗粒的制备方法，将三元材料的主元素原材料、沉淀剂、模板剂、助熔剂按照一定比例在去离子水中混合，在反应釜中水热得到三元材料前躯体，然后加入锂源高温煅烧得到单晶颗粒。但是这种方法受到反应釜容积的限制，每吨产品的能耗较大且难以实现大规模生产。如公开号为CN110923801A的中国专利公开了一种单晶三元材料的制备方法和应用，在制备前躯体的过程中加入了助熔剂，混合均匀后，在氧气气氛下进行一次焙烧，焙烧产品粉碎后水洗出去助熔剂，烘干后得到单晶三元前躯体；将单晶三元前躯体和锂源进行混合，在含氧气氛下进行二次焙烧，得到单晶三元材料。这种方法在除去助熔剂的时候消耗了大量的水资源，而且通过多次焙烧才能得到单晶三元材料，不符合节能环保的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种单晶三元正极材料及其制备方法以及锂离子电池，本发明提供的制备方法工艺简单，制备成本较低，适合大规模工业化生产。
本发明提供了一种单晶三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：
A)将三元材料前驱体、锂源和添加剂混合后挤压，得到坯体；
所述添加剂选自金属粉末和碳粉中的一种或多种，所述金属粉末选自金属钴粉、金属锰粉和金属镍粉中的一种或多种；
B)用电弧放电对所述坯体底部点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；
C)将所述中间体依次进行破碎、整形、分级、焙烧和冷却，得到单晶三元正极材料。
优选的，所述三元材料前驱体选自NixCoyMn1-x-y(OH)2，其中0.3<x<1， 0<y<0.4。
优选的，所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂和氟化锂中的一种或多种。
优选的，所述碳粉选自炭黑、乙炔黑、石墨粉、木碳粉和活性炭中的一种或多种。
优选的，所述添加剂选自金属粉末以及碳粉。
优选的，所述三元材料前躯体、锂源、金属粉末和碳粉的摩尔比为1： (1～1.1)：(0.001～0.05)：(0.01～0.05)。
优选的，所述自蔓延高温燃烧合成点火方式为电弧放电点火，电弧放电的放电电压为1～380V，放电时间为1～60s。
优选的，所述焙烧温度为500～900℃，所述焙烧时间为2～48h。
本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的单晶三元正极材料。
本发明还提供了一种锂离子电池，包括上述制备方法制备得到的单晶三元正极材料。
与现有技术相比，本发明提供了一种单晶三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：A)将三元材料前驱体、锂源和添加剂混合后挤压，得到坯体；所述添加剂选自金属粉末和碳粉中的一种或多种，所述金属粉末选自金属钴粉、金属锰粉和金属镍粉中的一种或多种；B)用电弧放电对所述坯体底部点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；C)将所述中间体依次进行破碎、整形、分级、焙烧和冷却，得到单晶三元正极材料。本发明通过将三元材料前躯体、锂源与添加剂混合均匀后挤压成高密度的坯体，可以提高反应炉单位体积的产能。使用电弧放电对坯体底部进行点火，电弧放电可以在坯体底部放电点产生高达3000℃的瞬时高温，瞬时高温会点燃坯体中的金属粉末和碳粉，坯体发生自蔓延高温燃烧反应，前躯体和锂盐在高温下反应得到单晶三元材料的中间体。对中间体进行破碎、整形、分级、焙烧、冷却后得到单晶三元正极材料。中间体制备时利用了金属粉末、碳粉燃烧时的热量，不需要外界提供高温环境，节省了大量正极材料生产所需的能源消耗。中间体焙烧时温度较低，焙烧时间短，再一次节省了生产所需的能源消耗。本发明提供的单晶三元材料制备方法工艺简单，制备成本较低，适合大规模工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1中中间体的电子扫描照片；
图2为本发明实施例1中单晶三元正极材料的电子扫描照片。
具体实施方式
本发明提供了一种单晶三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：
A)将三元材料前驱体、锂源和添加剂混合后挤压，得到坯体；
所述添加剂选自金属粉末和碳粉中的一种或多种，所述金属粉末选自金属钴粉、金属锰粉和金属镍粉中的一种或多种；
B)用电弧放电对所述坯体底部点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；
C)将所述中间体依次进行破碎、整形、分级、焙烧和冷却，得到单晶三元正极材料。
本发明首先将三元材料前驱体、锂源和添加剂混合均匀，然后放入模具进行挤压，得到坯体。
其中，所述三元材料前驱体选自NixCoyMn1-x-y(OH)2，其中0.3<x<1， 0<y<0.4。
所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂和氟化锂中的一种或多种。
所述碳粉选自炭黑、乙炔黑、石墨粉、木碳粉和活性炭中的一种或多种。优选的，所述碳粉选自炭黑、乙炔黑和活性炭的一种或多种。
在本发明的一些具体实施方式中，所述添加剂选自金属粉末以及碳粉。
所述三元材料前躯体、锂源、金属粉末和碳粉的摩尔比为1：(1～1.1)： (0.001～0.05)：(0.01～0.05)，优选为1：(1～1.05)：(0.002～0.005)：(0.01～0.03)。
然后，将压制好的坯体放入反应炉中，使用电弧放电对坯体底部点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体。
在本发明中，自蔓延高温燃烧合成点火方式为电弧放电点火，电弧放电的放电电压为1～380V，放电时间为1～60s。优选的，电弧放电的放电电压为 3～220V，放电时间为5～30s。更优选的，电弧放电的放电电压为12～36V，放电时间为10～20s。
得到中间体后，将所述中间体依次进行破碎、整形、分级、焙烧和冷却，得到单晶三元正极材料。
其中，所述的焙烧温度为500～900℃，所述的焙烧时间为2～48h。更优选的，所述的焙烧温度为550～750℃，所述的焙烧时间为4～10h。
本发明还提供了一种采用上述制备方法制备得到的单晶三元正极材料。
本发明还提供了一种锂离子电池，包括上述制备方法制备得到的单晶三元正极材料。
本发明通过将三元材料前躯体、锂源与添加剂混合均匀后挤压成高密度的坯体，可以提高反应炉单位体积的产能。使用电弧放电对坯体底部进行点火，电弧放电可以在坯体底部放电点产生高达3000℃的瞬时高温，瞬时高温会点燃坯体中的金属粉末和碳粉，坯体发生自蔓延高温燃烧反应，前躯体和锂盐在高温下反应得到单晶三元材料的中间体。对中间体进行破碎、整形、分级、焙烧、冷却后得到单晶三元正极材料。中间体制备时利用了金属粉末、碳粉燃烧时的热量，不需要外界提供高温环境，节省了大量正极材料生产所需的能源消耗。中间体焙烧时温度较低，焙烧时间短，再一次节省了生产所需的能源消耗。本发明提供的单晶三元材料制备方法工艺简单，制备成本较低，适合大规模工业化生产。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的单晶三元正极材料及其制备方法以及锂离子电池进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
A)按照摩尔比1.04：1：0.01：0.01称量氢氧化锂、Ni0.5Co0.3Mn0.2(OH)2、金属Mn粉和炭黑，混合均匀后放入模具后挤压成坯体。
B)然后将压制好的坯体放入反应炉中，使用电弧放电对坯体点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；电弧放电的放电电压为24V，放电时间为15s。
C)对中间体进行破碎、整形、焙烧、冷却后得到单晶LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2三元正极材料；焙烧温度为600℃，所述的焙烧时间为8h。
参见图1～2，图1为实施例1中间体的电子扫描照片。由图1可知，经过自蔓延反应后，得到了高密实度的镍钴锰三元正极材料中间体。图2为实施例1单晶三元正极材料的电子扫描照片。图2可知，制备的镍钴锰三元正极材料具有单晶形貌。
实施例2
A)按照摩尔比1.02：1：0.01：0.02称量氢氧化锂、Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2、金属Ni粉和炭黑，混合均匀后放入模具后挤压成坯体。
B)然后将压制好的坯体放入反应炉中，使用电弧放电对坯体点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；电弧放电的放电电压为36V，放电时间为8s。
C)对中间体进行破碎、整形、焙烧、冷却后得到单晶LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极材料；焙烧温度为650℃，所述的焙烧时间为6h。
实施例3
A)按照摩尔比1.01：1：0.005：0.02称量碳酸锂、Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2、金属Co粉和乙炔黑，混合均匀后放入模具后挤压成坯体。
B)然后将压制好的坯体放入反应炉中，使用电弧放电对坯体点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；电弧放电的放电电压为220V，放电时间为2s。
C)对中间体进行破碎、整形、焙烧、冷却后得到单晶LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2三元正极材料；焙烧温度为550℃，所述的焙烧时间为12h。
实施例4
A)按照摩尔比1.05：1：0.008：0.01称量氢氧化锂、Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2、金属Mn粉和活性炭，混合均匀后放入模具后挤压成坯体。
B)然后将压制好的坯体放入反应炉中，使用电弧放电对坯体点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；电弧放电的放电电压为24V，放电时间为12s。
C)对中间体进行破碎、整形、焙烧、冷却后得到单晶LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2三元正极材料；焙烧温度为630℃，所述的焙烧时间为10h。
实施例5
A)按照摩尔比1.03：1：0.002：0.015称量碳酸锂、Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2、金属Mn粉和石墨粉，混合均匀后放入模具后挤压成坯体。
B)然后将压制好的坯体放入反应炉中，使用电弧放电对坯体点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；电弧放电的放电电压为380V，放电时间为2s。
C)对中间体进行破碎、整形、焙烧、冷却后得到单晶LiNi08Co0.1Mn0.1O2三元正极材料；焙烧温度为680℃，所述的焙烧时间为5h。
实施例6
A)按照摩尔比1.02：1：0.03：0.02称量氢氧化锂、Ni0.3Co0.3Mn0.4(OH)2、金属Ni粉和木炭粉，混合均匀后放入模具后挤压成坯体。
B)然后将压制好的坯体放入反应炉中，使用电弧放电对坯体点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；电弧放电的放电电压为24V，放电时间为10s。
C)对中间体进行破碎、整形、焙烧、冷却后得到单晶LiNi0.3Co0.3Mn0.4O2三元正极材料；焙烧温度为600℃，所述的焙烧时间为8h。
实施例7
A)按照摩尔比1.05：1：0.04：0.05称量碳酸锂、Ni0.5Co0.3Mn02(OH)2、金属Mn粉和炭黑，混合均匀后放入模具后挤压成坯体。
B)然后将压制好的坯体放入反应炉中，使用电弧放电对坯体点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；电弧放电的放电电压为36V，放电时间为10s。
C)对中间体进行破碎、整形、焙烧、冷却后得到单晶LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2三元正极材料；焙烧温度为800℃，所述的焙烧时间为5h。
实施例8
A)按照摩尔比1.04：1：0.01：0.01称量氢氧化锂、Ni0.5Co0.3Mn0.2(OH)2、金属Mn粉和炭黑，混合均匀后放入模具后挤压成坯体。
B)然后将压制好的坯体放入反应炉中，使用电弧放电对坯体点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；电弧放电的放电电压为24V，放电时间为25s。
C)对中间体进行破碎、整形、焙烧、冷却后得到单晶LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极材料；焙烧温度为680℃，所述的焙烧时间为15h。
实施例9
A)按照摩尔比1.01：1：0.003：0.008称量碳酸锂、Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2、金属Mn粉和乙炔黑，混合均匀后放入模具后挤压成坯体。
B)然后将压制好的坯体放入反应炉中，使用电弧放电对坯体点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；电弧放电的放电电压为24V，放电时间为20s。
C)对中间体进行破碎、整形、焙烧、冷却后得到单晶LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极材料；焙烧温度为580℃，所述的焙烧时间为10h。
实施例10
A)按照摩尔比1：1：0.005：0.02称量碳酸锂、Ni0.5Co0.3Mn0.2(OH)2、金属Co粉和活性炭，混合均匀后放入模具后挤压成坯体。
B)然后将压制好的坯体放入反应炉中，使用电弧放电对坯体点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；电弧放电的放电电压为36V，放电时间为6s。
C)对中间体进行破碎、整形、焙烧、冷却后得到单晶LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2三元正极材料；焙烧温度为700℃，所述的焙烧时间为8h。
比较例1
按照摩尔比(Ni+Co+Mn)：K：Mg＝30：2：1称量Ni0.5Co0.3Mn0.2(OH)2、 KCl和MgCl，一起加入高混机中，混合均匀后，在氧气气氛下、650℃烧结 8h，粉碎后水洗、烘干得到单晶三元前躯体；将摩尔比(Ni+Co+Mn)：Li＝1： 1.05称量单晶三元前躯体和LiOH，混合均匀后，在氧气气氛下800℃二次烧结16小时；冷却、解离、过筛后得到单晶LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2三元正极材料。
统计实施例1-10和比较例1的每吨单晶三元正极材料单位产能的电能消耗量及用水量。结果如表1所示，按照本发明所述的制备方法，能够减少材料生产中的能源消耗、缩短生产周期，显著降低单晶三元正极材料的生产成本。
表1实施例1-10和比较例1每吨产品用电量、用水量对比表
将实施例1-10和比较例1制作成锂离子电池正极极片，测试正极极片的压实密度，结果如表2所示，按照本发明所述的制备方法，能够显著提高单晶三元正极材料的压实密度。
表2实施例1-10和比较例1压实密度对比表
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将三元材料前驱体、锂源和添加剂混合后挤压，得到坯体，所述三元材料前驱体、锂源、金属粉末和碳粉的摩尔比为1：(1～1.1)：(0.001～0.05)：(0.01～0.05)；
所述添加剂选自金属粉末和碳粉中的一种或多种，所述金属粉末选自金属钴粉、金属锰粉和金属镍粉中的一种或多种；
B)用电弧放电对所述坯体底部点火进行自蔓延高温燃烧合成，冷却后得到中间体；
C)将所述中间体依次进行破碎、整形、分级、焙烧和冷却，得到单晶三元正极材料，所述焙烧温度为500～900℃，所述焙烧时间为2～48h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三元材料前驱体选自NixCoyMn1-x-y(OH)2，其中0.3<x<1，0<y<0.4。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂和氟化锂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳粉选自炭黑、乙炔黑、石墨粉、木碳粉和活性碳中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂选自金属粉末以及碳粉。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述自蔓延高温燃烧合成点火方式为电弧放电点火，电弧放电的放电电压为1～380V，放电时间为1～60s。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110705464.2A CN113445118B (zh) | 2021-06-24 | 2021-06-24 | 一种单晶三元正极材料及其制备方法以及锂离子电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110705464.2A CN113445118B (zh) | 2021-06-24 | 2021-06-24 | 一种单晶三元正极材料及其制备方法以及锂离子电池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113445118A CN113445118A (zh) | 2021-09-28 |
| CN113445118B true CN113445118B (zh) | 2023-10-27 |
Family
ID=77812473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110705464.2A Active CN113445118B (zh) | 2021-06-24 | 2021-06-24 | 一种单晶三元正极材料及其制备方法以及锂离子电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113445118B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102509784A (zh) * | 2011-10-17 | 2012-06-20 | 北大先行科技产业有限公司 | 一种锂离子电池三元正极材料的制备方法 |
| CN103400979A (zh) * | 2013-08-05 | 2013-11-20 | 营口航盛科技实业有限责任公司 | 制备镍钴锰酸锂正极材料的自蔓延燃烧分解法 |
| CN103730635A (zh) * | 2013-12-18 | 2014-04-16 | 江苏科捷锂电池有限公司 | 燃烧法制备Li1.1Ni0.5Co0.2Mn0.3O2锂离子电池正极材料的方法 |
| CN107403903A (zh) * | 2017-08-23 | 2017-11-28 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种溶胶凝胶自蔓延燃烧法制备三元高镍正极材料的方法 |
| CN110233250A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-09-13 | 中国科学院化学研究所 | 一种单晶颗粒三元正极材料的制备方法 |
| CN110444757A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-12 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种单晶锂离子电池三元电极材料前躯体、电极材料及其制备方法以及应用 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101621125B (zh) * | 2009-02-13 | 2011-03-30 | 成都晶元新材料技术有限公司 | 一种镍钴锰多元掺杂锂离子电池正极材料及其制备方法 |
-
2021
- 2021-06-24 CN CN202110705464.2A patent/CN113445118B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102509784A (zh) * | 2011-10-17 | 2012-06-20 | 北大先行科技产业有限公司 | 一种锂离子电池三元正极材料的制备方法 |
| CN103400979A (zh) * | 2013-08-05 | 2013-11-20 | 营口航盛科技实业有限责任公司 | 制备镍钴锰酸锂正极材料的自蔓延燃烧分解法 |
| CN103730635A (zh) * | 2013-12-18 | 2014-04-16 | 江苏科捷锂电池有限公司 | 燃烧法制备Li1.1Ni0.5Co0.2Mn0.3O2锂离子电池正极材料的方法 |
| CN107403903A (zh) * | 2017-08-23 | 2017-11-28 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种溶胶凝胶自蔓延燃烧法制备三元高镍正极材料的方法 |
| CN110233250A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-09-13 | 中国科学院化学研究所 | 一种单晶颗粒三元正极材料的制备方法 |
| CN110444757A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-12 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种单晶锂离子电池三元电极材料前躯体、电极材料及其制备方法以及应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113445118A (zh) | 2021-09-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101964416B (zh) | 锂离子电池正极材料锰酸锂的制备方法及车用锂离子电池 | |
| JP3362564B2 (ja) | 非水電解液二次電池およびその正極活物質と正極板の製造方法 | |
| JP3355126B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用正極活物質とその製造方法およびリチウムイオン二次電池 | |
| KR20170102293A (ko) | 리튬 이온 배터리용 분급 구조를 갖는 다성분 재료, 이의 제조 방법, 리튬 이온 배터리 및 리튬 이온 배터리의 양극 | |
| CN106299282B (zh) | 一种氮掺杂碳纳米管硫复合材料及制备方法 | |
| CN111952590A (zh) | 一种提升安全和循环性能的锂离子电池正极材料及制备方法 | |
| CN107482172B (zh) | 一种高倍率型层状富锂锰基正极材料及其制备方法 | |
| CN114267841B (zh) | 一种表面全包覆的高镍单晶三元材料的制备方法及应用 | |
| CN111009656A (zh) | 一种稀土金属掺杂的高镍三元电池正极材料的制备方法 | |
| CN108232187B (zh) | 高分散六边形纳米片结构镍钴锰三元正极材料及其制备方法 | |
| JP2023548993A (ja) | ハイレートのリン酸鉄リチウム正極材料の製造方法 | |
| CN114927659B (zh) | 多元正极材料及其制备方法与应用 | |
| CN110606509B (zh) | 球形锰酸锂正极材料及其制备方法和应用 | |
| CN115241450A (zh) | 一种掺杂型钠离子镍铁锰基单晶电池正极材料的制备及其应用 | |
| CN112678879A (zh) | 一种单晶三元正极材料的制备方法 | |
| CN115498171A (zh) | 一种高镍三元正极材料及其制备方法和应用 | |
| CN109796052B (zh) | 正极材料及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN108807965B (zh) | 一种用于高压实密度nca正极材料的制备方法 | |
| CN1960033A (zh) | 锂离子电池正极材料锂镍钴锰氧的制备方法 | |
| CN111509219B (zh) | 一种锰酸锂电池材料及其制备方法 | |
| CN113506874A (zh) | 一种一步法掺杂包覆改性的ncm三元正极材料及其制备方法 | |
| JPH1032005A (ja) | ニッケル酸リチウム正極活物質およびその製造方法ならびに前記活物質を備えたリチウム電池 | |
| CN116646512A (zh) | 一种锰酸锂正极材料及其制备方法和应用 | |
| CN113445118B (zh) | 一种单晶三元正极材料及其制备方法以及锂离子电池 | |
| CN114068905B (zh) | 一种无钴正极材料及其预锂化方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |