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] 本发明属于锂离子电池正极材料制备技术领域，涉及一种高能量密度镍钴锰酸锂 三元正极材料的工业化制备方法。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池已在手机、笔记本等3C产品中广泛应用，并且随着国家的扶持，在电动 汽车等方面应用呈现爆发式增长。锂离子电池主要包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜 等，其中正极材料决定电池的能量密度和循环寿命等性能，正极材料主要包括钴酸锂、磷酸 铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂等。钴酸锂电化学性能稳定、碾压密度、循环性能高，但价格昂贵、 过充性能差、安全性能差，磷酸铁锂循环性能优异，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、高温循环差等缺点;镍钴锰酸锂的比容量高、安全 性能高、较低的成本，应用越来越广泛。
[0003] 较钴酸锂4. lg/cm3以上的碾压密度，镍钴锰酸锂碾压密度只有3.3~3.5g/cm3，尚 有提升空间。碾压密度每提高O.lg/cm 3,体积能量密度提高3%。我们要通过提升镍钴锰酸 锂的碾压密度来提升其能量密度，改善加工性能。对特定的粉体材料而言，碾压密度通常跟 两种因素有关，其一是材料的中位径，其二是材料的粒度分布。材料粒度越大，单位体积的 填充量也越大，碾压密度也越大，才有较高的能量密度。
[0004] 而现有的技术是通过提高钴酸锂材料的中位径来提高材料的碾压密度、能量密 度。如授权公告号CN 101284681 B的文件公开了一种超大粒径和高密度钴酸锂及其制备方 法，该方法包括以下步骤：
[0005] (1).配混料:将钴化合物、锂化合物及掺杂元素化合物倒入混料器中进行混合，使 Li/(Co+M)的摩尔比是 1.05~1.20,0<M/(C〇+M)的摩尔比 <0.20;
[0006] 所述的 Μ 是掺杂元素，其来源为含有 Ni、Mn、Cr、Fe、Mg、Ca、Sr、Ba、B、Al、Y、Sm、Ti、 Zn、Zr、Hf、V、Nb或Ta的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、草酸盐中的一种或一种以上的混合物；
[0007] (2).煅烧:将步骤（1)混合好的物料置于煅烧容器中压实;然后置于高温炉中，快 速升温，升温速率为3~20°C/分钟;并于950~1100°C高温烧结3~30小时，降温后得到黑色 的钴酸锂块体材料；
[0008] (3).破粉碎:将步骤(2)得到的烧结块经破粉碎、过筛，分级后得到最终产物。
[0009]但是当正极材料的中位径提高后，材料的电化学性能会变差。
【发明内容】
[0010] 本发明要解决的技术问题是解决上述现有技术的不足，提供一种高压实且不降低 材料电化学性能的镍钴锰酸锂NCM523三元正极材料的工业化生产方法。
[0011] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高压实3.7g/cm3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：
[0012] 1)将D50为10 · 0~20 · ΟμL?的镍钴锰氢氧化物前驱体A，D50为4 · 0~10 · ΟμL?的镍钴锰 氢氧化物前驱体B、Li/Me = 1.02~1.05的锂源混合均匀，其中镍钴锰氢氧化物前驱体Α、镍 钴锰氢氧化物前驱体B的质量比在8:2~2:8之间，镍钴锰氢氧化物前驱体的总质量与锂源 的质量比在4:1~2:1之间；
[0013] 2)将均匀混合后的混合物在850~1000°C温度下进行加热，加热时间保持在4~ 24h，加热过程中持续通入空气；
[0014] 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；
[0015] 4)将冷却后的混合物进行破碎，破碎至D50在7.0~17. Ομπι之间。
[0016] 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。
[0017] 作为上述技术方案的进一步优选，步骤2中对混合物进行加热的装置为辊道窑，所 述辊道窑对混合物的升温速度为1~3°C/min。
[0018] 本发明通过两种粒度的钴酸锂材料混合来提高材料的碾压密度，且还可以改善材 料的电化学性能。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明实施例1中镍钴猛酸锂LiNiQ.5Co Q.2Mn().3〇2扫描电镜图；
[0020] 图2为本发明实施例1中镍钴锰酸锂LiNio. 5C〇〇. 2Mn〇. 302扫描电镜图；
[0021] 图3是本发明实施例1、对比例1的镍钴锰酸锂LiNiQ.5CoQ. 2Mn().3〇2的压粉曲线图； [0022]图4是本发明实施例1、对比例1的镍钴锰酸锂LiNi Q.5CoQ.2Mn().3〇 2的充放电曲线图。
【具体实施方式】
[0023]以下实施例皆以2吨重的镍钴锰氢氧化物前驱体为例，高温加热装置为辊道窑，辊 道窑的进气量为10.0~50.0m3/h，辊道窑排气量为3000m3/h，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。
[0024] 实施例1
[0025] 1)将D50分别在15.0μπι、5.Ομπι的A、B两种镍钴锰氢氧化物前驱体按照A:B = 6:4比 例复合，精确称量，总计约2吨加入高效混合机，同时按Li/Me = 1.05精确称量0.8吨碳酸锂 加入高效混合机混合均匀；
[0026] 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~ 2.0m/h，以2.0°C/min速率升温至950°C，并且在该保温下保温15h，在加热和保温的过程中 持续通入空气，进气量为10.0~50.0m 3/h，排气量1000~3500m3/h;进气量、排气量与镍钴锰 氢氧化物前驱体的总质量的对应关系为每1吨的镍钴锰氢氧化物前驱体分别对应5~ 25.0m 3/h的进气量和500~2000m3/h的排气量。
[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，进气量与排气 量与升温阶段保持相同；
[0028] 4)出炉后，先经过粗粉碎，再将混合物细粉碎至D50在11.0~12 . Ομπι之间。最后得 到LiNio. 5CoQ. 2MnQ. 3〇2。该结构的镍钴锰酸锂的扫描电镜图如图1、2所示。
[0029] 实施例2:
[0030] 1)将D50分别在20 . Ομπι、5. Ομπι的A、B两种镍钴锰氢氧化物前驱体按照A: B = 4:6比 例复合，精确称量，总计约2吨加入高效混合机，同时按Li/Me = 1.05精确称量0.8吨碳酸锂 加入高效混合机混合均匀；
[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2.5°C/min速率升温至900°C，并且保温15h，在加热和保温的过程中持续通入空 气，进气量为10 · 〇~50 · 0m3/h，排气量1000~3500m3/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，进气量与排气 量与升温阶段保持相同；
[0033] 4)出炉后，先经过粗粉碎，再将混合物细粉碎至D50在11.0~12 . Ομπι之间。最后得 至 ljLiNixCoyMni-χ-y〇2，0.45<x<0.55,0.15<y<0.25。
[0034] 实施例3
[0035] 1)将D50分别在15 . Ομπι、8. Ομπι的A、B两种镍钴锰氢氧化物前驱体按照A: B = 5: 5比 例复合，精确称量，总计约2吨加入高效混合机，同时按Li/Me = 1.05精确称量0.8吨碳酸锂 加入高效混合机混合均匀；
[0036] 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~ 2.0m/h，以2°C/min速率升温至950°C，并且保温15h，在加热和保温的过程中持续通