30c倍率镍钴锰酸锂ncm523三元正极材料的工业化生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于锂离子二次电池正极材料领域，具体涉及一种高倍率镍钴锰酸锂动力 三元正极材料LiNixCo yMm-X-具〇2的工业化制备方法。
【背景技术】
[0002] 锂离子动力电池主要应用领域有电动工具、电动自行车、新能源汽车等。其中，电 动工具领域要求锂离子动力电池有较高的倍率性能、循环性能。锂离子动力电池主要包括 正极材料、负极材料、电解液和隔膜等，其中正极材料是电池的能量密度和使用寿命等性能 的关键影响因素。
[0003] 动力电池正极材料主要包括磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂等。磷酸铁锂循环性能 好，但低温性能差、能量密度低、批次稳定性差;锰酸锂价格低廉，但存在能量密度低、高温 循环性能差等缺点；镍钴锰酸锂有较高的碾压密度、比容量、较优异的高低温性能、较低的 成本，倍受青睐。
[0004] 但是，以前在中国市场上商业化的镍钴锰酸锂材料还存在以下缺点，倍率性能差， 模拟电池测试，1C/0.25C为0.91，2C/0.25C为0.83，难以满足动力电池在较高功率下工作； 另外，还存在材料结构不稳定，充放电过程中容易结构塌陷，造成循环性能差。如中国专利 授权公告号CN 102709544B公开了一种镍钴锰酸锂复合正极材料及其制备方法，该镍钴锰 酸锂复合正极材料化学式为Li (NixC〇yMm-x-y) 02。其制备方法为:将可溶性镍盐、钴盐、锰盐 与络合剂混合均匀后，加氢氧化钠沉淀剂反应，得到镍钴锰的复合氢氧化物，然后将该复合 氢氧化物、水溶性高分子化合物与锂源化合物置于带有超声装置的搅拌反应器中，在超声 强化搅拌混合过程中进行喷雾干燥，得到镍钴锰酸锂的前躯体，在一定气氛保护下，前躯体 经过一次烧结，得到镍钴锰酸锂产品。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是解决上述现有技术的不足，提供一种高倍率、结构稳 定的镍钴锰酸锂NCM523三元正极材料的工业化生产方法。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种30C倍率镍钴锰酸锂 NCM523三元正极材料的工业化生产方法，包括以下步骤：
[0007] 1)将D50为4.0~10. ομπι的镍钴锰氢氧化物前驱体、金属元素 Μ的化合物、锂源混合 均匀，三者的质量依次为2000: (500~1000): (1.0~5)，其中Li :Me:M=( 1.02~1.06): 1.0: (0~0.005);
[0008] 2)将均匀混合后的混合物在850~1000°C温度下进行烧结，烧结时间保持在4~ 24h，烧结过程中持续通入空气；
[0009] 3)将步骤2得到的混合物的进行降温冷却，降温的同时通入空气；
[0010] 4)将冷却后的混合物进行破碎，破碎至D50在3 · 0~11 · Ομπι之间。
[0011] 作为上述技术方案的优选，所述锂源可以是氢氧化锂、碳酸锂的一种或两种。
[0012] 作为上述技术方案的进一步优选，步骤2中对混合物进行烧结的装置为辊道窑，所 述辊道窑对混合物的升温速度为1~3°C/min。
[0013] 本发明通过控制镍钴锰氢氧化物前驱体的粒度分布、晶型结构、锂源混合阶段引 入能够稳定材料晶体结构的离子半径较大的金属元素，并烧成制备出体相掺杂的特殊粒径 的镍钴锰酸锂动力三元正极材料，制备的镍钴锰酸锂动力三元正极材料有优异的倍率性 能、循环性能。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明实施例1中高倍率LiNiQ.5Co Q.2Mn().3Al().(x)2〇2的扫描电镜图；
[0015]图 2 是实施例 1 中高倍率 LiNiQ.5C〇Q.2Mn().3Al().()()2〇 2 与对比例 1 中 LiNiQ.5C〇Q.2Mn().3〇2 倍率性能放电曲线对比图；
[0016] 图3是本发明实施例1中25°C、1C LiNiQ.5CoQ.2Mn().3Al().(x) 2〇2的50周循环曲线与对比 例 1 中Li Nio.5C〇〇.2Mn〇.3〇2的对比图。
[0017] 图4是本发明实施例1中的高倍率LiNiQ.5Co Q.2Mn().3Al().(x)202交流阻抗曲线与对比例 1 中Li NiQ.5C〇Q.2Mn().3〇2的对比图。
【具体实施方式】
[0018] 以下实施例皆以2吨重的镍钴锰氢氧化物前驱体为例，高温烧结装置为辊道窑，辊 道窑的进气量为10.0~50.01113/11，窑头排气量3000111 3/11，窑尾排气量12001113/11，然而并不构 成对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，只 要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围内。
[0019] 实施例1
[0020] 1)将D50为3.0~5. ομπι镍钴锰氢氧化物前驱体精确称量，总计约2吨加入高效混合 机，同时按精确称量0.8吨碳酸锂、约2.6Kg Zr02加入高效混合机混合均匀，其中Li :Me: Zr = 1.05:1.0:0.001；
[0021] 2)将步骤1制备的混合物装入匣钵进入辊道窑中，进入辊道窑的速度保持在0.8~ 2. Om/h，以2°C/min速率升温至900°C，并且保温12h，在烧结和保温的过程中持续通入空气， 进气量为10. 〇~50.0m3/h，窑头排气量3000m3/h，窑尾排气量1200m3/h。
[0022] 3)物料进入降温区后通过风冷、水冷降温，降温速率为5.0°C/min，进气量和排量 与升温阶段相同。
[0023] 4)出炉后，先经过粗粉碎，再将混合物细粉碎至D50在3.0~7. Ομπι之间。最后得到 Li Nio.5C00.2Mn〇.3Zr〇.001O2〇
[0024] 实施例2:
[0025] 1)将D50为5.0~6. Ομπι镍钴锰氢氧化物前驱体精确称量，总计约2吨加入高效混合 机，同时按精确称量0.8吨碳酸锂、约4.5Kg Α12〇3加入高效混合机混合均匀，其中Li :Me: Α1 = 1.03:1.0:0.004；
[0026] 2)将步骤1制备的混合物装入匣钵进入辊道窑中，辊道窑的长度为30~50m，进入 辊道窑的速度保持在0.8~2.0m/h，以2.0°C/min速率升温至940°C，并且在该保温下保温 15h，在烧结和保温的过程中持续通入空气，进气量为10.0~50.0m3/h，窑头排气量3000m3/ h，窑尾排气量1200m3/h。
[0027] 3)物料进入降温区后通过风冷、水冷降温，降温速率为5.0°C/min，进气量和排量 与升温阶段相同。
[0028] 4)出炉后，先经过粗粉碎，再将混合物细粉碎至D50在6.0~9. Ομπι之间。最后得到 附0.5〇00.2]/[11().3六1().()()402。其电镜扫描图如图1所不。
[0029] 实施例3
[0030] 1)将D50为5.0~6. Ομπι镍钴锰氢氧化物前驱体精确称量，总计约2吨加入高效混合 机，同时按精确称量0.95吨碳酸锂、约3.5Kg Ti02加入高效混合机混合均匀，其中Li :Me: Zr = 1.05:1.0:0.001；
[0031] 2)将步骤1制备的混合物装入匣钵进入辊道窑中，进入辊道窑的速度保持在0.8~ 2. Om/h，以2°C/min速率升温至900°C，并且保温12h，在烧结和保温的过程中持续通入空气， 进气量为10. 〇~50.0m3/h，窑头排气量3000m3/h，窑尾排气量1200m3/h。
[0032] 3)物料进入降温区后通过风冷、水冷降温，降温速率为5.0°C/min，进气量和排量 与升温阶段相同。
[0033] 4)出炉后，先经过粗粉碎，再将混合物细粉碎至D50在9.0~10. Ομπι之间。最后得到 Li Nio.5Coo.2Mn〇.3Tio.o〇2〇2〇
[0034] 实施例4
[0035] 1)将D50为5.0~6. Ομπι镍钴锰氢氧化物前驱体精确称量，总计约2吨加入高效混合 机，同时按精确称量0.