CN102513541A - 镍钴锰合金粉的制备方法 - Google Patents

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杨先锋
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Abstract

本发明提供了一种镍钴锰合金粉的制备方法，是将熔融的混合金属液体通过特定压强的高压气或高压水的方式雾化成粒，该合金粉应用于制备锂离子电池正极三元材料的前躯体。采用本发明制备的镍钴锰合金粉具有组分均匀致密、密度大、粒度可控的优点，从而保证了在后续制备三元材料中制备的镍钴锰氧化物前躯体均匀致密、密度大、粒度可控可调，可确保与锂化合物混合均匀，得到的三元材料组分均匀、密度大。本发明的制备工艺以及后续的三元材料制备工艺，不涉及湿法冶金，不会产生废水，环境友好。

Description

镍钴锰合金粉的制备方法
技术领域
本发明涉及金属粉体材料的制备方法，特别涉及镍钴锰合金粉的制备方法。
背景技术
当前，锂离子电池三元材料的制备工艺，大都是以镍、钴、锰的可溶性金属盐作为原料，通过液相沉淀法制备出复合氢氧化物或碳酸盐沉淀，将该沉淀物或其热分解得到的复合氧化物作为前躯体，最后将前躯体与锂盐进行混合焙烧得到三元材料。在这种方法中，制备的前躯体存在的缺点是产物密度低，粒度不易控制，工艺流程长，生产效率低，此外液相法采用的原材料为镍、钴的硫酸盐或盐酸盐以及氨水、强碱等，在制备前躯体时会产生大量的废水，处理成本非常高，经济效益差。
此外还有采用镍、钴、锰的氧化物作为原料，通过高温固相法制备三元材料。如专利号200480035045，对含钴、含锰、含镍和含锂的氧化物或氧化物前躯体进行湿磨，以形成含有充分分散的钴、锰、镍和锂的细粒级浆料，加热所述浆料，以提供含有钴、锰和镍并具有基本单相O3晶体结构的锂过渡金属氧化物化合物。此种方法难以保证镍、钴、锰的有效均匀混合，使产品的一致性受到影响。
发明内容
为制备得到组分均匀、一致性能良好的锂离子电池正极三元材料，本发明旨在提供一种环境友好的镍钴锰合金粉的制备方法，可制备得到组分均匀致密、合金粉的密度大、粒度可控的镍钴锰合金粉
本发明通过以下方案实现：
镍钴锰合金粉的制备方法如下：按一定比例将金属单质镍、钴和锰混合后在高温下熔融成液体状，之后采用高压水或高压气对熔融混合的金属液体喷射成金属液滴状，液滴经冷却凝固后即得到合金粉粒，其中所述的高压气的压强至少为3MPa，高压水的压强至少为40MPa。采用高压水的这种工艺一般就称为水雾法，而采用高压气的则称为气雾法。
制备方法的熔融步骤中，为减少产生金属氧化物降低熔融温度，单质金属混合后在非氧化气体的保护气氛条件下熔融，保护气氛优选下述气体中的一种或多种混合气体：氮气、惰性气体。另一种方案是单质金属混合后在真空条件下熔融。
为提高合金相纯度，制备方法中采用的高压气体优选下述气体中的一种或多种混合气：氮气、惰性气体。
制备方法中，镍钴锰的比例可依据需要而任意调整控制。
上述镍钴锰合金粉用于制作锂离子电池正极三元材料的前躯体原料。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.采用本发明制备的镍钴锰合金粉具有组分均匀致密、密度大、粒度可控的优点，从而保证了在后续制备三元材料中制备的镍钴锰氧化物前躯体均匀致密、密度大、粒度可控可调，可确保与锂化合物混合均匀，得到的三元材料组分均匀、密度大。
2.采用本发明的合金粉制备工艺以及后续的三元材料制备工艺，不涉及湿法冶金，不会产生废水，环境友好。
3.采用本发明制备的合金粉使得后续制备三元材料方法可采用固相法的同时，也克服了固相法难以保证镍、钴、锰的有效均匀混合，产品一致性差的缺陷。
4.采用本发明的方法，镍钴锰的比例可依据需要而任意调整，工艺的匹配性很好。
附图说明
图1：实施例1的合金粉的SEM照片
图2：实施例1的合金粉的X射线衍射图
图3：实施例2的合金粉的SEM照片
具体实施方式
实施例1：
将单质金属镍、钴、锰按照摩尔比为1∶1∶1的比例混合配料，混合料在有氮气保护条件下，在感应炉中加热熔化至完全熔融成金属液体，采用气压为3MPa的高压氮气对熔融混合的金属液体喷射使之成为金属液滴状，之后冷却金属液滴，使之凝固成金属粉末颗粒，得到镍钴锰合金粉。
上述合金粉的SEM如图1所示，可以看到合金粉在成分上达到原子级别的均匀混合，粉末颗粒为规则球形；其X射线衍射图如图2所示，从图可以看出，合金粉的衍射图谱与单质镍的标准衍射图谱相比较为吻合，只是合金粉的衍射峰向低角度有稍许偏移，而无其他杂相衍射峰出现，说明合金粉中镍、钴、锰已经完全熔融成为单相的镍合金；经测定，合金粉粒度D50达到50μm，松装密度达到5.5g/cm3，振实密度达到6g/cm3。
实施例2
将金属镍、钴、锰按照摩尔比为1∶1∶1的比例混合配料，混合料在真空感应炉中加热熔化至熔融液体。之后采用水压为40MPa的高压水流向熔融金属液体喷射，使之成为金属小液滴，再冷却液滴使之凝固成粉末颗粒，得到镍钴锰合金粉。从图3的该合金粉的SEM照片图可以看到，该合金粉在成分上达到原子级别的均匀混合，粉末颗粒为不规则形状，经测定，合金粉粒度D50达到30μm，松装密度达到3.5g/cm3，振实密度达到4g/cm3。
实施例3
将金属镍、钴、锰按照摩尔比为5∶2∶3的比例混合配料，混合料在真空感应炉中加热熔化至熔融液体。之后采用4MPa的高压氩气流向熔融金属液体喷射，使之成为金属小液滴，再冷却液滴使之凝固成粉末颗粒，得到镍钴锰合金粉。该合金粉在成分上达到原子级别的均匀混合，粉末颗粒为规则球形、粒度D50达到45μm，松装密度达到4.98g/cm3，振实密度达到5.32g/cm3。
实施例4
将金属镍、钴、锰按照摩尔比为4∶2∶4的比例混合配料，混合料在真空感应炉中加热熔化至熔融液体。之后采用3MPa的高压氦气流向熔融金属液体喷射，使之成为金属小液滴，再冷却液滴使之凝固成粉末颗粒，得到镍钴锰合金粉。该合金粉在成分上达到原子级别的均匀混合，粉末颗粒为规则球形、粒度D50粒度达到35μm，松装密度达到4.66g/cm3，振实密度达到5.09g/cm3。
实施例5
将金属镍、钴、锰按照摩尔比为4∶2∶4的比例混合配料，混合料在有氮气保护条件下，在感应炉中加热熔化至熔融液体。之后采用4MPa的高压氮气流向熔融金属液体喷射，使之成为金属小液滴，再冷却液滴使之凝固成粉末颗粒，得到镍钴锰合金粉。该合金粉在成分上达到原子级别的均匀混合，粉末颗粒为规则球形、粒度D50达到38μm，松装密度达到4.68g/cm3，振实密度达到5.12g/cm3。
在上述实施例中，粒度D50的测定方法采用中华人民共和国国标GBT19077.1-2008标准名称《粒度分析激光衍射法》的方法测定；松装密度采用中华人民共和国国标GB/T 5061-1998标准名称《金属粉末松装密度的测定第3部分：振动漏斗法》的方法测定；振实密度采用中华人民共和国国标GB/T5162-2006标准名称《金属粉末振实密度的测定》的方法测定。

Claims (4)

1.一种如权利要求1所述的镍钴锰合金粉的制备方法，其特征在于：按一定比例将金属单质镍、钴和锰混合后在高温下熔融成液体状，之后采用高压水或高压气对熔融混合的金属液体喷射成金属液滴状，液滴经冷却凝固后即得到合金粉粒，其中所述的高压气的压强至少为3MPa，高压水的压强至少为40MPa。
2.如权利要求1所述镍钴锰合金粉的制备方法，其特征在于：单质金属混合后在保护气氛条件下熔融，保护气氛优选下述气体中的一种或多种混合气体：氮气、惰性气体。
3.如权利要求1所述镍钴锰合金粉的制备方法，其特征在于：单质金属混合后在真空条件下熔融。
4.如权利要求1～3之一所述的镍钴锰合金粉的制备方法，其特征在于：所述的高压气体优选下述气体中的一种或多种混合气：氮气、惰性气体。
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