CN101651203A - 一种制备掺镁的锰镍酸锂正极材料的固相合成法 - Google Patents

一种制备掺镁的锰镍酸锂正极材料的固相合成法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备掺镁的锰镍酸锂正极材料的固相合成法，将Li2CO3，MnO2，Ni(OH)2·H2O和MgO球磨混合压块后，置于瓷舟放入电阻丝管式炉中，分段控温加热煅烧，即可获得粒径分布均匀的掺镁的锰镍酸锂电池材料。本发明提供制备掺镁的锰镍酸锂的固相分段法，选用合适的原料配比和合理的分段加热煅烧工艺，可以获得粒子尺寸在0.1微米～1.0微米、无团聚的掺镁的锰镍酸锂的锂离子电池正极材料。

Description

一种制备掺镁的锰镍酸锂正极材料的固相合成法
技术领域
本发明属于材料的制备方法，特别涉及一种制备掺镁的锰镍酸锂正极材料的固相合成法。
背景技术
由于掺镁的锰镍酸锂电池材料在电动工具、动力玩具、电动自行车、电动皮划艇、电动汽车、混合动力电动汽车等领域有巨大的潜在应用前景。尤其基于锰酸锂的电极材料已经在日常生活被广泛应用，比如，基于锰酸锂正极材料的手机、笔记本电脑、数码相机等。
关于锰酸锂型锂离子电池正极材料的制备方法已经有很多的文献报道，但是为获得分散性好、无团聚的锰酸锂型电极材料，多采用化学共沉淀法、溶胶凝胶法、乳胶干燥法、超声波溅射法、高温分解法等。然而，这些方法的操作过程都比较复杂，尤其某些工艺不易控制，阻碍其产业化进程。最重要的是，制备过程对环境会造成不同程度的污染。固相分段烧结法的优点在于分段合理，无污染，反应温和，温度易于控制，反应过程对人体无毒害，反应体系中不含有毒成分。在传统的固相烧结制备方法中，粒子尺寸较大，并且分布不均，不利于大规模的生产制备。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种制备掺镁的锰镍酸锂正极材料的固相合成法，本发明的整个反应过程无有毒物质或环境污染物产生，环境友好，属于绿色化学的制备方法，并且可以实现连续大规模生产，粒子尺寸容易控制，所需的化学试剂廉价易购。
本发明的技术方案是这样实现的：
首先，按摩尔比为0.5∶1.5∶0.5-x∶x称取原料Li2CO3、MnO2、Ni(OH)2·H2O和MgO，其中0＜x＜0.25；
然后，将上述原料放入球磨罐，装入玛瑙研磨球，球磨20-24小时，获得混合粉末，将其装入粉末压块儿模具置于压力机中，在15-20MPa的压强下，保压15-20分钟，脱模获得圆柱块；
最后，将获得的圆柱块置于瓷舟中，放入电阻丝卧式管式炉，采用下述煅烧过程：以3-5℃·min-1的升温速率加热到600-650℃，保温10-12小时；然后随炉冷却至室温；再以3-5℃·min-1的升温速率加热到850-900℃，保温10-12小时；然后随炉冷却至室温，取出样块，放入球磨罐，装入玛瑙研磨球，球磨20-24小时，再以15-20MPa的压强保压15-20分钟压块，放入管式炉，以3-5℃·min-1的升温速率加热到750-800℃，保温10-12h；然后随炉冷却至室温，在玛瑙研钵内研磨获得掺镁的锰镍酸锂正极材料。
所述的电阻丝管式炉的加热体为Fe-Cr-Al电阻丝。
通过本发明提供制备掺镁的锰镍酸锂的固相分段法，选用合适的原料配比和合理的分段加热煅烧工艺，可以获得粒子尺寸在0.1微米～1.0微米、无团聚的掺镁的锰镍酸锂的锂离子电池正极材料。
具体实施方式
实施例一：
按照Li2CO3，MnO2，Ni(OH)2·H2O和MgO的摩尔比为0.5∶1.5∶0.45∶0.05分别称取原料，将这些原料放入球磨罐，装入玛瑙研磨球，球磨20小时，获得前驱体。将前驱体粉末装入压块磨具，在20MPa的压强下，保压15分钟。再将获得的块放入管式炉。采取以下的煅烧过程：以3℃·min-1的升温速率加热到600℃，保温10小时；以3℃·min-1的升温速率加热到850℃，保温10小时。取出样块儿，放入球磨罐，装入玛瑙研磨球，球磨20小时，再次以20MPa的压强保压15分钟压成块，放入管式炉，以3℃·min-1的升温速率加热到750℃，保温10小时。即可获得0.8～1.0微米左右的锂离子电池正极材料LiMn1.5Ni0.45Mg0.05O4。
实施例二：
按照Li2CO3，MnO2，Ni(OH)2·H2O和MgO的摩尔比为0.5∶1.5∶0.4∶0.1分别称取原料，将这些原料放入球磨罐，装入玛瑙研磨球，球磨24小时，获得前驱体。将前驱体粉末装入压块磨具，在15MPa的压强下，保压20分钟。再将获得的块放入管式炉。采取以下的煅烧过程：以5℃·min-1的升温速率加热到650℃，保温12小时；以5℃·min-1的升温速率加热到900℃，保温12小时。取出样块儿，放入球磨罐，装入玛瑙研磨球，球磨24小时，再次以20MPa的压强保压15分钟压成块，放入管式炉，以5℃·min-1的升温速率加热到800℃，保温12小时。即可获得0.5～0.8微米左右的锂离子电池正极材料LiMn1.5Ni0.4Mg0.1O4。
实施例三：
按照Li2CO3，MnO2，Ni(OH)2·H2O和MgO的摩尔比为0.5∶1.5∶0.35∶0.15分别称取原料，将这些原料放入球磨罐，装入玛瑙研磨球，球磨24小时，获得前驱体。将前驱体粉末装入压块磨具，在15MPa的压强下，保压20分钟。再将获得的块放入管式炉。采取以下的煅烧过程：以3℃·min-1的升温速率加热到600℃，保温10小时；以3℃·min-1的升温速率加热到850℃，保温10小时。取出样块儿，放入球磨罐，装入玛瑙研磨球，球磨24小时，再次以15MPa的压强保压20分钟压成块，放入管式炉，以3℃·min-1的升温速率加热到750℃，保温10小时。即可获得0.3～0.5微米左右的锂离子电池正极材料LiMn1.5Ni0.35Mg0.15O4。
实施例四：
按照Li2CO3，MnO2，Ni(OH)2·H2O和MgO的摩尔比为0.5∶1.5∶0.3∶0.2分别称取原料，将这些原料放入球磨罐，装入玛瑙研磨球，球磨20小时，获得前驱体。将前驱体粉末装入压块磨具，在20MPa的压强下，保压15分钟。再将获得的块放入管式炉。采取以下的煅烧过程：以5℃·min-1的升温速率加热到650℃，保温12小时；以5℃·min-1的升温速率加热到900℃，保温12小时。取出样块儿，放入球磨罐，装入玛瑙研磨球，球磨24小时，再次以20MPa的压强保压15分钟压成块，放入管式炉，以5℃·min-1的升温速率加热到800℃，保温12小时。即可获得0.3～0.1微米左右的锂离子电池正极材料LiMn1.5Ni0.3Mg0.2O4。

Claims (2)

1、一种制备掺镁的锰镍酸锂正极材料的固相合成法，其特征在于：
首先，按摩尔比为0.5∶1.5∶0.5-x∶x称取原料Li2CO3、MnO2、Ni(OH)2·H2O和MgO，其中0＜x＜0.25；
然后，将上述原料放入球磨罐，装入玛瑙研磨球，球磨20-24小时，获得混合粉末，将其装入粉末压块儿模具置于压力机中，在15-20MPa的压强下，保压15-20分钟，脱模获得圆柱块；
最后，将获得的圆柱块置于瓷舟中，放入电阻丝卧式管式炉，采用下述煅烧过程：以3-5℃·min-1的升温速率加热到600-650℃，保温10-12小时；然后随炉冷却至室温；再以3-5℃·min-1的升温速率加热到850-900℃，保温10-12小时；然后随炉冷却至室温，取出样块，放入球磨罐，装入玛瑙研磨球，球磨20-24小时，再以15-20MPa的压强保压15-20分钟压块，放入管式炉，以3-5℃·min-1的升温速率加热到750-800℃，保温10-12h；然后随炉冷却至室温，在玛瑙研钵内研磨获得掺镁的锰镍酸锂正极材料。
2、根据权利要求1所述的制备掺镁的锰镍酸锂正极材料的固相合成法，其特征在于，所述的电阻丝管式炉的加热体为Fe-Cr-Al电阻丝。
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