CN109678216A - 一种镍锰酸锂材料的制备方法 - Google Patents

一种镍锰酸锂材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍锰酸锂材料的制备方法，其包括以下步骤：S1、将锂、镍的氧化物或碳酸盐，与按比例称取的多孔电解二氧化锰，加入少量去离子水进行球磨，并在该浆料体系中加入适量分散剂；S2、将球磨混合好后的浆料进行喷干，喷干后的产物各收料组分再进行混合；S3、混合后直接装入待烧匣钵中，在加热炉中加热到600‑750度。反应2‑5小时，自然降温；S4、预烧后的产物与改性添加物氧化铝以一定比例再进行混合；S5、再混合后产物在电窑中加热至800‑900度，保温5‑15小时，自然降温，得到产品镍锰酸锂。本发明提供了采用氧化物直接合成镍锰酸锂正极材料的方法，更环保，更经济。

Description

一种镍锰酸锂材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种镍锰酸锂材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池因具有高能量、高容量、体积小、重量轻、对环境友好等优点，自商品化以来，已经在移动电话，笔记本电脑，数码相机等便携式电子产品上得到了广泛应用，并正朝向电动汽车，航空航天及军用通讯设备等领域取代传统能源供给，越来越广泛的需求对锂离子电池的能量密度有了更高的要求。作为锂离子电池的重要组成部分，正极材料的克容量及电压，决定了电池的能量密度。目前高能量密度的正极材料主流为高镍三元材料及高电压的镍锰酸锂材料，以及更高容量的富锂锰基固熔体材料。
镍锰酸锂正极材料Li[Ni0.5Mn1.5]O4是尖晶石型正极材料，通过离子掺杂及包覆改性，可实现在3.7V以上的电压下，具有较好的循环寿命及较高的克容量。目前该材料合成技术发展较多，但受电解液在高电压下易分解的制约，尚未大批量商业化应用。而其合成工艺，也受前驱体材料影响，生产效率不高，成本仍然相对较高，制约材料的规模化应用。
目前一般的生产镍锰酸锂材料的技术，集中在先采用化学共沉淀法制备前驱体，镍锰氢氧化物-Ni0.5Mn1.5(OH)2-然后再与碳酸锂等锂元材料混合、烧成，制备镍锰酸锂。
也有采用简单镍氧化物及锰氧化物与锂元材料直接混合，烧成镍锰酸锂材料的方法。但其成品材料性能达不到商业化应用水平。
目前传统方法是采用化学共沉淀法先生产镍锰氢氧化物前驱体，再与碳酸锂混合后制备镍锰酸锂。此方法需要用到酸碱反应及络合沉淀工艺，不但生产成本较高，并且对环境不友好，易于造成水污染等问题，各工艺环节均受环保要求制约，不便于大批量生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种镍锰酸锂材料的制备方法，采用氧化物直接参与合成，不必采用化学共沉淀方法先生产前驱体，从而大幅降低材料的生产成本，并且采用湿法混合工艺，促进氧化物原料间达到离子级尺度的混合。为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明公开了一种镍锰酸锂材料的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将锂、镍的氧化物或碳酸盐，与按比例称取的多孔电解二氧化锰，加入少量去离子水进行球磨，并在该浆料体系中加入适量分散剂；
S2、将球磨混合好后的浆料进行喷干，喷干后的产物各收料组分再进行混合；
S3、混合后直接装入待烧匣钵中，在加热炉中加热到600-750度。反应2-5小时，自然降温；
S4、预烧后的产物与改性添加物氧化铝以一定比例再进行混合；
S5、再混合后产物在电窑中加热至800-900度，保温5-15小时，自然降温，得到产品镍锰酸锂
进一步地，步骤S1中，所述的锂盐为氧化锂、氢氧化锂、碳酸锂中的一种或几种；镍氧化物是氧化镍、碳酸镍、硝酸镍中的一种或几种；多孔电解二氧化锰是指含有多孔结构的电解二氧化锰粉末。
进一步地，步骤S1中所述的比例，按Li：Ni：Mn摩尔比为1.1：0.5：1.5；
进一步地，步骤S1中加水量为使体系固含量控制在75％-95％。
进一步地，步骤S1中加所述适量分散剂为柠檬酸铵、丙烯酸中的一种或几种，加量为质量比0.02～0.2％；
进一步地，步骤S1中所述球磨时间控制为2～3小时；球体为氧化铝球、氧化锆球。
进一步地，步骤S1中所述球磨后的浆料其物质堆积密度高于正常固体材料堆积的密度，物质间隙较小，有利于物质反应发生。
进一步地，步骤S2中所述的喷干产物组分指正常收料部分与收尘部分。
进一步地，步骤S3、步骤S5中所述的自然降温可采用在大气环境下自然降温或通风降温。
进一步地，步骤S4中所述氧化铝要求其纯度在99％以上，粒度要求D50小于1um；预烧产物与氧化铝的重量比例控制在1：0.01～0.05。
本发明所达到的有益效果是：
本发明提供了采用氧化物直接合成镍锰酸锂正极材料的方法，更环保，更经济。本发明采用湿法混料配合喷干工艺技术，达到物质间分子级尺度混合均匀度。加入的水在过程中全部蒸发，不产生环境问题。本发明的材料保证高容量同时，其高电压下稳定有所改善。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的流程结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
图1所示，镍锰酸锂材料的制备方法，其包括以下步骤：
A、取碳酸锂、氧化镍、二氧化锰，按Li：Ni：Mn摩尔比为1.1：0.5：1.5称取相应的重量，加入装有氧化锆球的球磨机中；
B、按质量比加入上述物料重量15％重量的去离子水，加入总质量比为1％的柠檬酸铵，开动球磨机进行球磨。球磨3小时。得到混合物浆料；
C、将上述浆料喷干，将喷干收得物混合均匀后，置于加热炉中进行加热。
D、升温至650度，保温4-6小时，然后升温至850度，保温8-12小时；然后自然降温。即得到镍锰酸锂。
实施例2：
图1所示，镍锰酸锂材料的制备方法，其包括以下步骤：
A、取碳酸锂、氢氧化镍、二氧化锰，按Li：Ni：Mn摩尔比为1.1：0.5：1.5称取相应的重量，加入装有氧化锆球的球磨机中；
B、按质量比加入上述物料重量15％重量的去离子水，加入总质量比为1％的柠檬酸铵，开动球磨机进行球磨。球磨3小时。得到混合物浆料；
C、将上述浆料喷干，将喷干收得物与纳米氧化铝按重量比1000：2混合均匀后，置于加热炉中进行加热。
D、升温至650度，保温4-6小时，然后升温至850度，保温8-12小时；然后自然降温。即得到镍锰酸锂。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

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、将锂、镍的氧化物或碳酸盐，与按比例称取的多孔电解二氧化锰，加入少量去离子水进行球磨，并在该浆料体系中加入适量分散剂；
S2、将球磨混合好后的浆料进行喷干，喷干后的产物各收料组分再进行混合；
S3、混合后直接装入待烧匣钵中，在加热炉中加热到600-750度。反应2-5小时，自然降温；
S4、预烧后的产物与改性添加物氧化铝以一定比例再进行混合；
S5、再混合后产物在电窑中加热至800-900度，保温5-15小时，自然降温，得到产品镍锰酸锂。
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，步骤S1中，所述的锂盐为氧化锂、氢氧化锂、碳酸锂中的一种或几种；镍氧化物是氧化镍、碳酸镍、硝酸镍中的一种或几种；多孔电解二氧化锰是指含有多孔结构的电解二氧化锰粉末。
3.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，步骤S1中所述的比例，按Li：Ni：Mn摩尔比为1.1：0.5：1.5。
4.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，步骤S1中加水量为使体系固含量控制在75％-95％。
5.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，步骤S1中加所述适量分散剂为柠檬酸铵、丙烯酸中的一种或几种，加量为质量比0.02～0.2％。
6.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，步骤S1中所述球磨时间控制为2～3小时；球体为氧化铝球、氧化锆球。
7.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，步骤S1中所述球磨后的浆料其物质堆积密度高于正常固体材料堆积的密度，物质间隙较小，有利于物质反应发生。
8.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，步骤S2中所述的喷干产物组分指正常收料部分与收尘部分。
9.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，步骤S3、步骤S5中所述的自然降温可采用在大气环境下自然降温或通风降温。
10.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，步骤S4中所述氧化铝要求其纯度在99％以上，粒度要求D50小于1um；预烧产物与氧化铝的重量比例控制在1：0.01～0.05。
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