CN100355119C - 锂离子电池阴极材料两步合成生产法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了锂离子电池阴极材料两步合成生产法。其主要包括以下实施步骤和方式：a)把混合均匀的原料置于电磁场中提高反应物分子的活化能，并同时施加脉冲电磁波进行合成反应；b)上述反应后的物料保持在600-950摄氏度的恒温下继续进行合成反应，将反应完成后的物料粉碎分级。本发明所述的锂离子电池阴极材料两步合成生产法，具有以下的优点：1)可使生产连续自动化，在生产中能够有效地控制产品的粒度，从而保证产品的质量稳定性；2)合成时间短，生产效率高，是目前业内采用生产方法合成时间的五分之一；3)工艺流程短，能耗低，约为目前业内普遍采用生产方法的一半，大大降低了生产成本，且生产过程中无工业“三废”排放。

Description

锂离子电池阴极材料两步合成生产法
技术领域
本发明属于化工技术领域，涉及锂离子电池阴极材料两步合成生产法。
背景技术
锂离子电池基于其优越的性能，代表着未来便携式电子产品用电池的发展趋势，市场容量自问世以来连续8年保持100％的成长。锂离子电池，具有能量密度大、循环寿命长、重量轻、无污染等特点。目前正广泛应用于通讯、PC、动力电池等领域。随着环保意识的增强、新型动力电池在成本上的突破，使用锂离子电池为主要动力的电动汽车将在城市公交、环卫、出租车市场占有一席之地，也将进入部分家庭轿车市场。同时在工业领域鋰离子电池也正得到越来越多的应用，现在采矿工人广泛使用的矿灯电源是铅酸电池，该电池重量大、安全性能低、能耗大，正逐渐被新型电池所逐步取代。
在当今世界，影响锂离子电池生产的最关键因素，就是阴极材料，锂离子电池的基本反应原理是锂离子在阴、阳极层化合物之间的嵌入和脱出。只有阴极材料和阳极材料相互匹配，才能使电池容量得到真正的提高。锂离子电池阴极材料是制造锂离子电池的核心和关键，是提供锂离子电池产业发展的基础部分，属于上游原料型行业。
市场调研结果表明：2001年全球钴酸锂需求量约为6000-7000吨，国内市场钴酸锂需求量为2400吨，到2005年国内小型民用锂电池原料市场需求将达到5000吨，大型动力电池对钴酸锂的需求将超过2万吨。锂离子电池阴极材料属于上游原料型产业。如果没有质量稳定的上游原材料，锂电池的大范围应用就会受到限制，而目前国内的原材料需求几乎全部依靠进口来满足，使我国的电池生产商受制于国外的供应商。去年从比利时五矿公司进口的钴酸锂几乎占了整个中国市场的80％，其它的还有日本、美国、韩国。因此国内迫切需要自己掌握阴极材料的生产与市场，方能打破目前国外制造商垄断的市场格局。但国内已有的生产商因其生产工艺及质量不稳定，产量小等因素制约了自身的发展。
锂离子电池阴极材料常见的有LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等，目前生产上一般采用A和BnX的混合物为原料，其中A为Co，Ni，Mn或其它过渡金属元素的氧化物，B为金属锂，n为1，2，3……，X为OH-及有机酸根阴离子，通过高温烧结的方法生产。例如，LiCoO2的合成一般采用高温固相法，以Li2CO3或LiOH.H2O和钴氧化物为原料，经高温长时间反应制得，过程中间需几次研磨混合，生产周期较长。同时需要高温烧结，能耗大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产效率高，成本低的锂离子电池阴极材料的生产方法。
为了达到上述目的，本法所述的锂离子电池阴极材料两步合成生产法，创造性地采用电磁波烧结合成方式，主要包括以下实施步骤和方式：
a)把混合均匀的原料置于电磁场中提高反应物分子的活化能，并同时施加脉冲电磁波进行合成反应；
b)上述反应后的物料保持在600-950摄氏度的恒温下继续进行合成反应，将反应完成后的物料粉碎分级。
本发明所述的锂离子电池阴极材料两步合成生产法，具有以下的优点：
1)可使生产连续自动化，在生产中能够有效地控制产品的粒度，从而保证产品的质量稳定性；
2)合成时间短，生产效率高，是目前业内采用生产方法合成时间的五分之一；
3)工艺流程短，能耗低，约为目前业内普遍采用生产方法的一半，大大降低了生产成本，且生产过程中无工业“三废”排放。
附图说明
图1样品钴酸锂X射线图
图2工业级钴酸锂典型X射线图
具体实施方式
所述的锂离子电池阴极材料两步合成生产法包括以下步骤：
1)以四氧化三钴与氢氧化锂或碳酸锂为原料混合均匀；
2)把上述原料混合物置于频率为915-2450兆赫兹，场强密度为25瓦/升的电磁场中提高反应物分子的活化能，并同时施加频率为915-2450兆赫兹的脉冲电磁波，以连续10秒，间断25秒的方式脉冲施加，使上述原料混合物在其激励下催化反应生成钴酸锂；
3)上述反应后的物料保持在950摄氏度恒温下继续进行钴酸锂的合成反应；
4)反应完成后的物料进行粉碎分级。
本发明采用传统烧结工艺的原料进行生产，主要特点在于通过电磁波对反应物进行催化加热反应，由于电磁波发热作用机理主要从颗粒内部产生，使反应主要集中在原料颗粒的内部，而原料表面的合成反应进行得不够完全，故在以电磁波反应后，需要继续保温一段时间，以继续完成颗粒表面未完成的反应。同时，设置保温反应步骤，还可以让小颗粒的物料熔融，再结晶，使晶体颗粒长大至符合用户要求。故反应时间的长短可根据物料的多少调整，以使反应尽可能反应完全为佳。
采用上述步骤制备的锂离子电池阴极材料具有以下的一些物化特征：
1.充放电比容量值：第一周期比容量：C＝145mAh/g
2.图1样品钴酸锂X射线图与图2工业级钴酸锂典型X射线图对比，说明采用本工艺生产的LiCoO2为六方晶型层状结构，与典型图谱相近。

Claims (2)

1、锂离子电池阴极材料两步合成生产法，包括以下步骤和方式：
a)把混合均匀的原料置于电磁场中，并同时施加脉冲电磁波进行合成反应；
b)上述反应后的物料保持在600-950摄氏度的恒温下继续进行合成反应，将反应完成后的物料粉碎分级；
所述电磁场的频率为915-2450兆Hz，场强密度为10-50瓦/升；
脉冲电磁波的频率为915-2450兆Hz，以连续施加10秒-60秒、间断10秒-60秒的脉冲方式进行。
2、按权利要求1所述的锂离子电池阴极材料两步合成生产法，其特征在于：所述的原料为A和BnX的混合物，其中A为Co，Ni，Mn或其它过渡金属元素的氧化物，B为金属锂，n为1，2，3……，X为OH-及有机酸根阴离子。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1359164A (zh) * 2002-01-14 2002-07-17 武汉理工大学 锂离子电池正极材料在毫米波场中的合成与制备新工艺
JP2002313335A (ja) * 2001-04-12 2002-10-25 Toyota Central Res & Dev Lab Inc リチウム二次電池正極活物質用リチウムマンガン複合酸化物およびその製造方法

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