CN107221644A - 镍锰酸锂材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池正极材料的制备领域，尤其涉及一种镍锰酸锂材料的制备方法，包括以下步骤：S1.按摩尔比1：2：1.06称取NiMn(OH)4、MnO2、Li2CO3，共同研磨，混合均匀；S2.将所述步骤S1中得到的混合物加热至550℃保温2小时，然后加热到850～900℃保温5小时，冷却至室温；S3.冷却后，将物料进行粉碎、筛分，得到镍锰酸锂，该反应所需的氧元素均由材料本身提供，不依赖外部气体流通的供给，因此反应不需要传统方式的鼓风，减少气体了流通所带走的热量，更为经济环保。

Description

镍锰酸锂材料的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池正极材料的制备领域，尤其涉及一种镍锰酸锂材料的制备方法。
背景技术
尖晶石型镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)是在锰酸锂基础上发展起来的，可逆容量为146.7mAh/g，电压平台为4.7V左右，比锰酸锂的4V电压平台要高出15％以上，高温下的循环稳定性比原有的锰酸锂有了质的提升。镍锰酸锂由此被认为是最有发展前景的高电位锂离子电池正极材料。镍锰酸锂与目前市场上使用的锂电池正极材料相比，比钴酸锂输出电压高、成本低、环境友好，高温下循环稳定性比锰酸锂有很大提高；与磷酸亚铁锂相比，其制备工艺简单，生产的批次稳定性好，特别是在与钛酸锂负极相匹配时，磷酸亚铁锂-钛酸锂单体电池仅有1.9V输出电压，而镍锰酸锂-钛酸锂单体电池的输出电压可高达3.2V，优势非常明显，被认为是未来大型、长寿命、高安全电动汽车和储能大型动力电池首选正极材料。
镍锰酸锂的电化学性能与其前躯体制备、高温烧成有密切的关系。中国发明专利(CN103066275 A)公开了一种球形高电压镍锰酸锂正极材料的制备方法，通过共沉淀制备了球形镍锰二元前躯体，然后将锂源与镍锰前躯体等混合，在高温烧结炉分别经过600-900℃，5-20小时、650-850℃，10-20小时、500-650℃，15-30小时烧成镍锰酸锂正极材料。目前通过共沉淀法制备镍锰酸锂前躯体比较常见，通过沉淀剂将镍、锰的可溶性盐转化成共沉淀复合物，例如Ni0.5Mn1.5(CO3)2、Ni0.5Mn1.5(OH)4等。中国发明专利(201010539501.9)公开了一种高电压锂电池正极材料氧化镍锰酸锂的共沉淀制法，将镍、锰源在碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢铵或草酸铵溶液中共沉淀。这类采用化学共沉淀方法先生产前驱物的方法，虽然制备物纯度高，活性好，但易于造成水污染，成本高。中国发明专利(201010148191.8)公开了一种微波合成多元掺杂锰酸锂的制备方法，将碳酸锂、MnO2、MgO、Ni2O3及Cr2O3作为原料球磨混合，在100℃烘干48-60小时后，微波600-900℃处理5-30分钟，该专利公布产品电压平台是4.0V的锰酸锂材料。同传统高温烧结方法相比，微波高温法显著降低了产品制备的时间，大大提高了生产的效率。但微波生产设备造价高昂，综合成本较高，且不利于大量工业化生产。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种镍锰酸锂材料的制备方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种镍锰酸锂材料的制备方法，反应所需的氧元素均由材料本身提供，不依赖外部气体流通的供给，因此反应不需要传统方式的鼓风，减少气体了流通所带走的热量，更为经济环保。
本发明提供的一种镍锰酸锂材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.按摩尔比1：2：1.06称取NiMn(OH)4、MnO2、Li2CO3，共同研磨，混合均匀；
S2.将所述步骤S1中得到的混合物加热至550℃保温2小时，然后加热到850～900℃保温5小时，冷却至室温；
S3.冷却后，将物料进行粉碎、筛分，得到镍锰酸锂。
进一步的，所述步骤S1中，还包括在混合物中加入重量分数为0.1％的助烧剂共同研磨，混合均匀。
进一步的，所述助烧剂包括磷酸氢二锂、磷酸二氢锂、氧化硼、硼酸中的一种或多种。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：本发明按照摩尔比1：2将NiMn(OH)4与高价位的锰氧化物MnO2混合，使之易于合成尖晶石型镍锰酸锂(Ni0.5Mn1.5O4)；将上述混合物与适量的锂源共同研磨混合，然后经过高温固相反应，可以快速生成目标镍锰酸锂产品；由于反应所需的氧元素均由材料本身提供，不依赖外部气体流通的供给，因此反应不需要传统方式的鼓风，可以减少气体流通所带走的热量，更为经济环保，而且反应速度加快，提高了生产效率，同时材料晶粒不致生长得很大，保证了材料的倍率放电性能；由于对化学共沉淀法前驱体的依赖减少，因此降低了污染。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
一种镍锰酸锂材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.按摩尔比1：2：1.06称取NiMn(OH)4、MnO2、Li2CO3，混合物中加入重量分数为0.1％的助烧剂，助烧剂为磷酸氢二锂，共同研磨，混合均匀；
S2.将所述步骤S1中得到的混合物加热至550℃保温2小时，然后加热到850℃保温5小时，冷却至室温；
S3.冷却后，将物料进行粉碎、筛分，得到镍锰酸锂。
在其他实施方式中，助烧剂还可以是磷酸二氢锂、氧化硼、硼酸中的一种或多种。
本发明按照摩尔比1：2将NiMn(OH)4与高价位的锰氧化物MnO2混合，使之易于合成尖晶石型镍锰酸锂(Ni0.5Mn1.5O4)；将上述混合物与适量的锂源共同研磨混合，然后经过高温固相反应，可以快速生成目标镍锰酸锂产品；由于反应所需的氧元素均由材料本身提供，不依赖外部气体流通的供给，因此反应不需要传统方式的鼓风，可以减少气体流通所带走的热量，更为经济环保，而且反应速度加快，提高了生产效率，同时材料晶粒不致生长得很大，保证了材料的倍率放电性能；由于对化学共沉淀法前驱体的依赖减少，因此降低了污染。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.按摩尔比1：2：1.06称取NiMn(OH)4、MnO2、Li2CO3，共同研磨，混合均匀；
S2.将所述步骤S1中得到的混合物加热至550℃保温2小时，然后加热到850～900℃保温5小时，冷却至室温；
S3.冷却后，将物料进行粉碎、筛分，得到镍锰酸锂。
2.根据权利要求1所述的镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，还包括在混合物中加入重量分数为0.1％的助烧剂共同研磨，混合均匀。
3.根据权利要求2所述的镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于：所述助烧剂包括磷酸氢二锂、磷酸二氢锂、氧化硼、硼酸中的一种或多种。
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