CN105449190A - 一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法 - Google Patents

一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105449190A
CN105449190A CN201510956544.XA CN201510956544A CN105449190A CN 105449190 A CN105449190 A CN 105449190A CN 201510956544 A CN201510956544 A CN 201510956544A CN 105449190 A CN105449190 A CN 105449190A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ternary material
sintering
atmosphere
segmented
atmosphere sintering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510956544.XA
Other languages
English (en)
Inventor
樊勇利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 18 Research Institute
Original Assignee
CETC 18 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 18 Research Institute filed Critical CETC 18 Research Institute
Priority to CN201510956544.XA priority Critical patent/CN105449190A/zh
Publication of CN105449190A publication Critical patent/CN105449190A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明涉及一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法。本发明属于锂离子电池技术领域。一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法，工艺过程：(1)按照Li1+zNixCoyMn(1-x-y)O2组份，以摩尔量Li：Me(Me＝Ni+Mn+Co)＝0.95-1.2的配比，称取三元材料前驱体、锂源，混合形成配锂混合物；(2)前驱体配锂混合物置于烧结炉中进行分段烧结，第一段烧结首先通入惰性气体，升温至400-600℃保温2-6h，然后升温至750-950℃保温4-8h，保温结束后，通入空气或者氧气气氛，在750-950℃保温5-20h，保温结束后，随炉冷却；(3)烧结产物，采用气流粉碎机破碎分级、过筛得到正极材料产品。本发明具有工艺简单，有利于生成纯相结构的层状三元材料，避免阳离子混排的现象发生，从而提高三元材料的电化学性能等优点。

Description

一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法。
背景技术
锂离子二次电池具有比容量高、工作电压高、工作温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、无记忆效应、无污染、重量轻、安全性能好等有点，因而广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑等移动设备。随着科技的发展，产品大都趋于便携化、经济化，这就要求锂离子电池产品要向高能量密度方向发展。
目前广泛应用的钴酸锂存在资源短缺、价格昂贵等缺点，而且钴酸锂进一步提高能量密度的空间有限。层状三元材料(LiNixCoyMn(1-x-y)O2)尤其是高镍层状三元材料，具有容量高，循环性能稳定，价格便宜等优点。目前通用的三元材料烧结工艺一般是整个烧结过程采用空气或者空气、氧气混合气进行气氛烧结，但是层状三元材料由于其自身结构的原因，在普通的烧结制备工艺下，层状结构中容易夹杂着一些尖晶石结构等杂质相；尤其是层状高镍三元材料，在高温烧结过程中，不仅容易生成其他杂质相，更是容易出现Ni和Li元素的阳离子混排，严重影响三元材料的放电容量和循环性能，极大的限制了层状三元材料在锂离子电池中的应用。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法。
本发明的目的是提供一种工艺简单，操作方便，有利于生成纯相结构的层状三元材料，避免阳离子混排的现象发生，从而提高三元材料的电化学性能等特点的分段式气氛烧结制备三元材料的方法。
本发明提供一种三元材料的分段式气氛烧结制备工艺方法，不仅可以去除层状结构三元材料内尖晶石相和岩盐相结构，而且可以降低层状高镍三元材料烧结制备过程中出现的阳离子混排。
本发明分段式气氛烧结制备三元材料的方法所采取的技术方案是：
一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特征是：分段式气氛烧结制备三元材料的工艺过程：
(1)按照Li1+zNixCoyMn(1-x-y)O2组份，以摩尔量Li：Me(Me＝Ni+Mn+Co)＝0.95-1.2的配比，称取三元材料前驱体、锂源，混合形成配锂混合物；
(2)前驱体配锂混合物置于烧结炉中进行分段烧结，第一段烧结首先通入惰性气体，升温至400-600℃保温2-6h，然后升温至750-950℃保温4-8h，保温结束后，通入空气或者氧气气氛，在750-950℃保温5-20h，保温结束后，随炉冷却；
(3)烧结产物，采用气流粉碎机破碎分级、过筛得到正极材料产品。
本发明分段式气氛烧结制备三元材料的方法还可以采用如下技术方案：
所述的分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特点是：三元材料前驱体为镍钴锰共沉淀化合物、镍钴锰金属硫酸盐、硝酸盐中的一种或几种混合物。
所述的分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特点是：
三元材料前驱体为NixCoyMn(1-x-y)(OH)2、NixCoyMn(1-x-y)CO3中的一种或两种混合物。
所述的分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特点是：步骤(2)分段烧结，在同一个气氛炉中一步完成，或在不同气氛炉先进行惰性气氛烧结，冷却后再进行空气或者氧气气氛烧结。
所述的分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特点是：三元材料前驱体、锂源，置于600-1000rpm高速混料机中混合1-5h，混合形成配锂混合物。
本发明具有的优点和积极效果是：
分段式气氛烧结制备三元材料的方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明通过将层状三元材料(LiNixCoyMn(1-x-y)O2)进行分段气氛烧结，将阳离子在材料结构中的嵌入和材料内氧的扩散步骤分开进行，有利于三元材料(LiNixCoyMn(1-x-y)O2)合成过程中，材料晶格结构骨架的重建以及各种金属阳离子的排列，有利于生成纯相结构的层状三元材料，避免阳离子混排的现象发生，从而提高三元材料的电化学性能。
附图说明
图1是实施例3中分段式气氛烧结工艺(A)和普通工艺(B)的三元材料的XRD图谱对比；
图2是实施例3中分段式气氛烧结工艺和普通工艺的三元材料的循环性能对比。
由图1可见，分段式气氛烧结工艺制备的622三元材料(006)、(102)，(108)、(110)分裂更加明显，且相更加纯净，说明分段式气氛烧结工艺制备的622三元材料相比普通烧结工艺制备的622三元材料，层状结构更好，阳离子混排程度小。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
参阅附图1和图2。
实施例1
一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其制备工艺过程如下：
⑴称取2kgNi0.5Co0.2Mn0.3(OH)2前驱体材料粉末，按照摩尔量Li：Me(Me＝Ni+Mn+M)＝1.1的配比称取887.2g碳酸锂，然后加入到高速混合机中混合2h；
⑵将混合均匀的前驱体配锂混合物置于气氛烧结炉中进行分段烧结，首先通入氮气气氛，然后以5℃/min升温速率，升温至450℃保温3h，然后以5℃/min升温至850℃保温5h，然后切断氮气气氛，通入空气气氛，同时以5℃/min升温至930℃保温15h进行烧结，保温结束后，随炉冷却；
⑶将步骤(2)中的得到的烧结产物，进气流粉碎机进行破碎分级，然后过筛得到层状三元材料(LiNixCoyMn(1-x-y)O2)产品。
实施例2
一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其制备工艺过程如下：
⑴称取2kgNi0.5Co0.2Mn0.3(OH)2前驱体材料粉末，按照摩尔量Li：Me(Me＝Ni+Mn+Co)＝1.05的配比称取846.8g碳酸锂，然后加入到高速混合机中混合3h；
⑵将混合均匀的前驱体配锂混合物置于气氛烧结炉中进行分段烧结，首先通入氮气气氛，然后以5℃/min升温速率，升温至450℃保温3h，然后以5℃/min升温至850℃保温5h，然后随炉冷却至室温，将烧结后产品取出，置于空气气氛炉中，通入空气气氛，然后以5℃/min升温至950℃保温15h进行烧结，保温结束后，随炉冷却；
⑶将步骤(2)中的得到的烧结产物，进气流粉碎机进行破碎分级，然后过筛得到层状三元材料(LiNixCoyMn(1-x-y)O2)产品。
实施例3
一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其制备工艺过程如下：
⑴称取2kgNi0.6Co0.2Mn0.2(OH)2前驱体材料粉末，按照摩尔量Li：Me(Me＝Ni+Mn+M)＝1.1的配比称取885.7g碳酸锂，然后加入到高速混合机中混合2h；
⑵将混合均匀的前驱体配锂混合物置于气氛烧结炉中进行分段烧结，首先通入氮气气氛，然后以5℃/min升温速率，升温至450℃保温3h，然后以5℃/min升温至850℃保温5h，然后切断氮气气氛，通入氧气气氛，同时以5℃/min升温至930℃保温15h进行烧结，保温结束后，随炉冷却；
⑶将步骤(2)中的得到的烧结产物，进气流粉碎机进行破碎分级，然后过筛得到层状三元材料(LiNixCoyMn(1-x-y)O2)产品。
本实施例具有所述的工艺简单，操作方便，有利于生成纯相结构的层状三元材料，避免阳离子混排的现象发生，从而提高三元材料的电化学性能等积极效果。

Claims (5)

1.一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特征是：分段式气氛烧结制备三元材料的工艺过程：
(1)按照Li1+zNixCoyMn(1-x-y)O2组份，以摩尔量Li：Me(Me＝Ni+Mn+Co)＝0.95-1.2的配比，称取三元材料前驱体、锂源，混合形成配锂混合物；
(2)前驱体配锂混合物置于烧结炉中进行分段烧结，第一段烧结首先通入惰性气体，升温至400-600℃保温2-6h，然后升温至750-950℃保温4-8h，保温结束后，通入空气或者氧气气氛，在750-950℃保温5-20h，保温结束后，随炉冷却；
(3)烧结产物，采用气流粉碎机破碎分级、过筛得到正极材料产品。
2.根据权利要求1所述的分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特征是：三元材料前驱体为镍钴锰共沉淀化合物、镍钴锰金属硫酸盐、硝酸盐中的一种或几种混合物。
3.根据权利要求2所述的分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特征是：三元材料前驱体为NixCoyMn(1-x-y)(OH)2、NixCoyMn(1-x-y)CO3中的一种或两种混合物。
4.根据权利要求1、2或3所述的分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特征是：步骤(2)分段烧结，在同一个气氛炉中一步完成，或在不同气氛炉先进行惰性气氛烧结，冷却后再进行空气或者氧气气氛烧结。
5.根据权利要求1、2或3所述的分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特征是：三元材料前驱体、锂源，置于600-1000rpm高速混料机中混合1-5h，混合形成配锂混合物。
CN201510956544.XA 2015-12-17 2015-12-17 一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法 Pending CN105449190A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510956544.XA CN105449190A (zh) 2015-12-17 2015-12-17 一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510956544.XA CN105449190A (zh) 2015-12-17 2015-12-17 一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105449190A true CN105449190A (zh) 2016-03-30

Family

ID=55559151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510956544.XA Pending CN105449190A (zh) 2015-12-17 2015-12-17 一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105449190A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107706410A (zh) * 2017-11-23 2018-02-16 天津玉汉尧石墨烯储能材料科技有限公司 一种双气氛焙烧动态包覆富锂三元锂离子电池正极材料的制备方法
CN110697799A (zh) * 2019-10-16 2020-01-17 河南电池研究院有限公司 一种多孔锂离子电池正极材料的制备方法
CN111009639A (zh) * 2019-12-12 2020-04-14 山东金品能源有限公司 一种用于锂离子电池正极材料制备的烧结工艺
CN111292966A (zh) * 2020-02-11 2020-06-16 西安理工大学 一种多孔生物质基电极材料的制备方法
CN112299495A (zh) * 2020-10-30 2021-02-02 中南大学 一种含锂氧化物前驱体及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005231914A (ja) * 2004-02-17 2005-09-02 Nippon Chem Ind Co Ltd マンガン酸リチウムの製造方法
JP2010260733A (ja) * 2009-04-30 2010-11-18 Murata Mfg Co Ltd マンガン含有リチウム遷移金属複合酸化物およびその製造方法
CN103794773A (zh) * 2013-11-16 2014-05-14 河南福森新能源科技有限公司 一种生产高容量523型三元正极材料的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005231914A (ja) * 2004-02-17 2005-09-02 Nippon Chem Ind Co Ltd マンガン酸リチウムの製造方法
JP2010260733A (ja) * 2009-04-30 2010-11-18 Murata Mfg Co Ltd マンガン含有リチウム遷移金属複合酸化物およびその製造方法
CN103794773A (zh) * 2013-11-16 2014-05-14 河南福森新能源科技有限公司 一种生产高容量523型三元正极材料的方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107706410A (zh) * 2017-11-23 2018-02-16 天津玉汉尧石墨烯储能材料科技有限公司 一种双气氛焙烧动态包覆富锂三元锂离子电池正极材料的制备方法
CN107706410B (zh) * 2017-11-23 2020-06-09 宁夏汉尧石墨烯储能材料科技有限公司 一种双气氛焙烧动态包覆富锂三元锂离子电池正极材料的制备方法
CN110697799A (zh) * 2019-10-16 2020-01-17 河南电池研究院有限公司 一种多孔锂离子电池正极材料的制备方法
CN111009639A (zh) * 2019-12-12 2020-04-14 山东金品能源有限公司 一种用于锂离子电池正极材料制备的烧结工艺
CN111009639B (zh) * 2019-12-12 2022-05-17 山东金品能源有限公司 一种用于锂离子电池正极材料制备的烧结工艺
CN111292966A (zh) * 2020-02-11 2020-06-16 西安理工大学 一种多孔生物质基电极材料的制备方法
CN112299495A (zh) * 2020-10-30 2021-02-02 中南大学 一种含锂氧化物前驱体及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101320807B (zh) 多元复合锂离子电池正极材料及其制备方法
CN101483265B (zh) 金属氧化物锂离子电池正极材料及其制备方法
CN105449190A (zh) 一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法
CN103762353B (zh) 一种异质核壳结构的高容量锂电正极材料以及其制备方法
CN100372774C (zh) 过渡金属复合氧化物作为中间产物制备锂离子电池多元正极材料的方法
CN104466099B (zh) 一种锂离子电池高电压钴酸锂基复合正极材料及其制备方法
CN103825015B (zh) 高压实密度镍钴锰酸锂ncm523三元材料的制备方法
CN104868122A (zh) 一种单晶镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法
CN107359334A (zh) 球形或类球形锂离子电池正极材料及锂离子电池
CN104051725B (zh) 一种高电压氧化镍钴锰锂正极材料的制备方法
Feng et al. Synthesis and electrochemical properties of sticktight-like and nanosheet Co3O4 particles
CN103762354B (zh) 一种LiNi0.5Mn1.5O4材料、其制备方法及锂离子电池
CN104201366A (zh) 一种高安全性高压实密度镍钴锰酸锂ncm523三元材料的制备方法
JP2016103477A (ja) ナトリウム二次電池用正極材料
CN105789581A (zh) 高容量长循环富锂622型三元正极材料的生产方法
CN102683667A (zh) 一种锂锰铝氧正极材料及其制备方法
CN103490057B (zh) 一种锂离子电池用镍锰酸锂正极材料的制备方法
CN102263238A (zh) 一种锂镍钴锰氧化物及其制备方法
CN102664255B (zh) 锂镍锰氧材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池
CN103647070A (zh) 一种稀土钐改性三元正极材料的制备方法
CN103972495A (zh) 一种锂离子电池正极材料镍锰酸锂的制备方法
CN107579213A (zh) 一种多相钠离子电池电极材料结构设计及性能调控技术
CN101859894A (zh) 一种高压合成锂离子电池正极材料LiMn2-xMxO4(x=0.01-0.2)的方法
CN105161714A (zh) 一种钙掺杂锂离子电池三元正极材料及其制备方法
CN102820463B (zh) 掺杂富锂锰基正极材料及其制备方法、锂离子电池

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160330