CN104016421B - 一种锂离子正极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子正极材料的制备方法：包括如下步骤：基体材料的制备；压片造粒的制备；一次烧结、破碎粉碎、混合；二次烧结、过筛、除铁、包装。本发明通过在干混后进行压片来提高此锂离子电池正极材料的振实密度（≥2.65g/cm3）和粒度（Dmin＞2.0μm），同时也提高了一次烧结过程中坩埚填充量，提高了材料的单位产出量。
Description
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种锂离子正极材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池因为能量密度高、工作电压高以及具有可再充性，所以自其问世以来，发展速度非常之快，应用领域也在逐步扩展，从最初的便携设备的供电电源发展到防卫、汽车和航空等领域。因此提高锂离子正极材料单位产能并使之各项性能均合格是技术的关键所在。
将钴源物质、锂源物质、掺杂剂按照一定比例进行称重后干混，使其满足LiCoO2的制备工艺。混合后进行一次烧结，控制烧结温度为500～1100℃，烧结时间为22～42h，烧结过程通入空气，将烧结后的物料经破碎、粉碎、锥混，后安排进行二次烧结，控制烧结温度为150～700℃，烧结时间为16～35h。将烧结后的物料经过筛、除铁等工艺处理，得到材料。然而在得到材料后检测振实密度、粒度Dmin无法达到规定标准，使得该工艺无法实施。
鉴于此，将干混后物料通过压片机进行造粒，提高其压实密度，从而提高成品材料的振实密度、粒度Dmin。同时由于压片造粒使得一次烧结物料填充量得到增加。可以在保证产品质量的前提下提高单位产量。
发明内容
发明目的：本发明提供一种锂离子正极材料的制备方法,针对上述所提及的问题，本发明通过在干混后进行压片来提高此锂离子电池正极材料的振实密度（≥2.65g/cm3）和粒度（Dmin＞2.0μm），同时也提高了一次烧结过程中坩埚填充量，提高了材料的单位产出量。
技术方案：一种锂离子正极材料的制备方法，包括如下步骤：
第一步，基体材料的制备：将钴源物质A、锂源物质B、掺杂剂M按照50:25:1比例进行称重，然后投入至高效干混机进行混合，使其满足LiCoO2的制备工艺；
第二步，压片造粒的制备：干混后材料投入到装料仓，在打开第一阀门，关闭第二阀门和第三阀门的状态下，装料仓内的搅拌器开始搅拌，在打开第二阀门，关闭第三阀门的状态下，物料通过螺旋进行输送，在打开第三阀门的状态下，物料通过对辊辊轮进行压片，压片机连续工作的状态下，对辊辊轮连续压片造粒，使得物料有膨松状变的密实，保证产品的造粒效果；其中，
第三步，一次烧结、破碎粉碎、混合：由于干混后物料通过压片机进行压片，材料的单位体积降低，可提高40%的一次烧结坩埚填充量，控制一次烧结温度为500～1100℃，烧结时间为22～42h，烧结过程通入空气；一次烧结后物料安排进行破碎、粉碎，然后投入至锥形混合罐进行混合处理；
第四步，二次烧结、过筛、除铁、包装：将混合后的材料进行二次烧结，控制二次烧结温度为150～700℃，烧结时间为16～35h；将烧结后的物料经过筛、除铁等工艺处理，得到所需材料。
作为优化：其结构为层状结构的LiCoO2，层状LiCoO2中氧原子采取畸变的立方密堆积,钴层和锂层交替分布于氧层两侧,占据八面体空隙。
作为优化：压片机是一组料仓，料仓内设有搅拌器；料仓与对辊辊轮中间的料管，输送管内设有螺旋，用于物料旋转输送；对辊辊轮，下料管的设备。
作为优化：使用干混后材料最佳，同时压片机与物料接触面为非金属材质，通过压片后材料由疏松状变的致密，材料的密度、强度得到提高。
作为优化：搅拌器转速：80转/min-200转/min、对辊滚轮间距：0.8mm-2.2mm、对辊滚轮转速：3转/min-15转/min。
有益效果：本发明通过在干混后进行压片来提高此锂离子电池正极材料的振实密度（≥2.65g/cm3）和粒度（Dmin＞2.0μm），同时也提高了一次烧结过程中坩埚填充量，提高了材料的单位产出量。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
第一步，基体材料的制备：
将钴源物质氧化钴A1、锂源物质碳酸锂B1、掺杂剂M1(氢氧化镁和二氧化钛)，按照一定比例进行称重，然后投入至高效干混机进行混合20min，使其满足LiCoO2的制备工艺。
第二步，压片造粒的制备：
压片机连续工作的状态下，对辊辊轮连续压片造粒，使得物料有膨松状变的密实，保证产品的造粒效果。
干混后材料投入到装料仓，打开第一阀门，设定搅拌器正向转动，转速为120转/min进行搅拌；接着陆续开启第二阀门，设定螺旋喂料速度为1.40，使得物料通过螺旋进行输送;打开第三阀门，设定对辊滚轮转速为7.75圈/min，对辊辊轮间距1mm，使得物料经过对辊辊轮进行压片造粒。
第三步，一次烧结、破碎粉碎、混合：
由于干混后物料通过压片机进行压片，材料的单位体积降低，可由原先未压片加料4.0kg/舟增加至5.75kg/舟，控制一次烧结主温区温度为1050℃，烧结时间为28h，烧结过程通入空气；一次烧结后物料安排进行破碎、粉碎，然后投入至锥形混合罐进行混合100min处理。
第四步，二次烧结、过筛、除铁、包装：
将混合后的材料进行二次烧结，控制二次烧结主温区温度为650℃，烧结时间为24h。将烧结后的物料经过筛、除铁等工艺处理，得到所需材料。
实施例2
第一步，基体材料的制备：
将钴源物质氧化钴A2、锂源物质碳酸锂B2、掺杂剂M2(氢氧化镁和二氧化钛)，按照一定比例进行称重，然后投入至高效干混机进行混合20min，使其满足LiCoO2的制备工艺。
第二步，压片造粒的制备：
压片机连续工作的状态下，对辊辊轮连续压片造粒，使得物料有膨松状变的密实，保证产品的造粒效果。
根据压片机的结构和工作原理可知，干混后材料投入到装料仓，打开第一阀门，设定搅拌器正向转动，转速为150转/min进行搅拌；接着陆续开启第二阀门，设定螺旋喂料速度为1.75，使得物料通过螺旋进行输送;打开第三阀门，设定对辊滚轮转速为5.95圈/min，对辊辊轮间距1.6mm，使得物料经过对辊辊轮进行压片造粒。
第三步，一次烧结、破碎粉碎、混合：
由于干混后物料通过压片机进行压片，材料的单位体积降低，可由原先未压片加料5.4kg/舟增加至7.582kg/舟，控制一次烧结主温区温度为1090℃，烧结时间为36h，烧结过程通入空气；一次烧结后物料安排进行破碎、粉碎，然后投入至锥形混合罐进行混合100min处理。
第四步，二次烧结、过筛、除铁、包装：
将混合后的材料进行二次烧结，控制二次烧结主温区温度为660℃，烧结时间为20h。将烧结后的物料经过筛、除铁等工艺处理，得到所需材料。
Claims (1)
1.一种锂离子正极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，基体材料的制备：将钴源物质A、锂源物质B、掺杂剂M按照50:25:1比例进行称重，然后投入至高效干混机进行混合，使其满足LiCoO2的制备工艺；
第二步，压片造粒的制备：干混后材料投入到装料仓，在打开第一阀门，关闭第二阀门和第三阀门的状态下，装料仓内的搅拌器开始搅拌，在打开第二阀门，关闭第三阀门的状态下，物料通过螺旋进行输送，在打开第三阀门的状态下，物料通过对辊辊轮进行压片，压片机连续工作的状态下，对辊辊轮连续压片造粒，使得物料有膨松状变的密实，保证产品的造粒效果；
第三步，一次烧结、破碎粉碎、混合：由于干混后物料通过压片机进行压片，材料的单位体积降低，可提高40％的一次烧结坩埚填充量，控制一次烧结温度为500～1100℃，烧结时间为22～42h，烧结过程通入空气；一次烧结后物料安排进行破碎、粉碎，然后投入至锥形混合罐进行混合处理；
第四步，二次烧结、过筛、除铁、包装：将混合后的材料进行二次烧结，控制二次烧结温度为150～700℃，烧结时间为16～35h；将烧结后的物料经过筛、除铁工艺处理，得到所需材料；
其结构为层状结构的LiCoO2，层状LiCoO2中氧原子采取畸变的立方密堆积,钴层和锂层交替分布于氧层两侧,占据八面体空隙；
压片机是一组料仓，料仓内设有搅拌器；料仓与对辊辊轮中间的料管，输送管内设有螺旋，用于物料旋转输送；对辊辊轮，下料管的设备；使用干混后材料，同时压片机与物料接触面为非金属材质，通过压片后材料由疏松状变的致密，材料的密度、强度得到提高；
搅拌器转速：80转/min-200转/min、对辊辊轮间距：0.8mm-2.2mm、对辊辊轮转速：3转/min-15转/min。
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