CN113745462A - 一种锂电池正极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池正极材料,按质量份数计,该锂电池正极材料的配方包括:氟化碳30‑45份、正极基材100‑120份、纳米钻石烯10‑25份、二氧化硅10‑15份、氧化铁12‑22份、乙二醇20‑30份、固体石蜡10‑18份、锰源22‑35份、氢氧化钡25‑45份、镍合金粉15‑25份。本发明提出的一种锂电池正极材料改善电池制备过程中的加工性能、简化制备工艺、节约生产成本,而且能够使锂电池三元正极材料的循环性能、热稳定性、电化学性能和安全性能得到大幅提高,并且通过采用氢氧化钡和镍合金粉,氢氧化钡与镍合金粉反应生成氧化镍,在电解液的作用下与负极氢氧化物易发生转换反应,允许了镍离子容易嵌入和脱嵌,确保了足够的电导率,提高了电池的能量密度,延长了电池的循环使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于锂电池技术领域,具体涉及一种锂电池正极材料;尤其还涉及一种锂电池正极材料的制备方法。
背景技术
锂电池可用于诸如移动电子设备、手机、便携式电脑等的电源。作为可再充电的电池比一般的铅蓄电池、镍镉电池等每单位重量的能量密度大两倍或更多倍的能量密度。
但是,随着科技的发展,锂电行业也面临着具有的挑战和机遇,如何将动力电池材料做到最好,性能最佳,已经成为目前锂电行业普遍存在的热门课题,作为动力电池正极材料的富锂锰正极材料虽然目前性能得到了很大的提升,但是其循环性能、倍率性能以及安全性,还需进一步的提高,因此我们提出一种锂电池正极材料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂电池正极材料及其制备方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种锂电池正极材料,按质量份数计,该锂电池正极材料的配方包括:氟化碳30-45份、正极基材100-120份、纳米钻石烯10-25份、二氧化硅10-15份、氧化铁12-22份、乙二醇20-30份、固体石蜡10-18份、锰源22-35份、氢氧化钡25-45份、镍合金粉15-25份;
其中,所述正极基材设置为三元正极材料,所述所述三元正极材料为LiaNixCoyMnzO2,其中,0.9≤a≤1.2,x+y+z=1,0.5≤x<1,0<y≤0.25,0<z≤0.25。
优选的,所述锰源采用为一氧化锰、二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰、碳酸锰、碱式碳酸锰、羟基氧化锰、草酸锰中的一种或多种的均匀混合物。
优选的,所述氟化碳采用氟化碳黑、氟化鳞片石墨、氟化石油焦、氟化碳纤维、氟化中间相碳微球、氟化石墨烯中的一种或几种的均匀混合物。
优选的,该锂电池正极材料的配方包括:氟化碳30份、正极基材100份、纳米钻石烯10份、二氧化硅10份、氧化铁12份、乙二醇20份、固体石蜡10份、锰源22份、氢氧化钡25、镍合金粉15份。
优选的,该锂电池正极材料的配方包括:氟化碳40份、正极基材110份、纳米钻石烯20份、二氧化硅13份、氧化铁16份、乙二醇25份、固体石蜡14份、锰源27份、氢氧化钡35份、镍合金粉20份。
优选的,该锂电池正极材料的配方包括:氟化碳45份、正极基材120份、纳米钻石烯25份、二氧化硅15份、氧化铁22份、乙二醇30份、固体石蜡18份、锰源35份、氢氧化钡45份、镍合金粉25份。
一种锂电池正极材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、备料,根据锂电池正极材料的制备材料,按质量份数称取,将乙二醇按照1;1.5的比例分为A份和B份,备用;
S2、混合,将氟化碳、正极基材、纳米钻石烯、二氧化硅和锰源依次放入搅拌装置中进行搅拌,制成预混料,然后将氢氧化钡和镍合金粉进行单独搅拌,再将氢氧化钡和镍合金粉的搅拌物与预混料搅拌制成混合料,然后依次加入二氧化硅、氧化铁、固体石蜡并加入A份乙二醇进行混合并研磨,制成制备料;
S3、制备粉体材料,将制备料通过烧结炉进行烧结,然后经破碎、过筛制备成粉体材料;
S5、二次搅拌,将粉体材料放入搅拌装置中进行二次搅拌,并加入B份乙二醇进行二次研磨,制成糊装材料;
S6、二次烧结,将糊装材料进行二次烧结,并将烧结后的材料切片制得锂电池正极材料。
优选的,所述搅拌装置具体采用双螺旋锥形混合机进行混合搅拌。
优选的,所述烧结采用网带式烧结炉。
本发明的技术效果和优点:
本发明提出的一种锂电池正极材料改善电池制备过程中的加工性能、简化制备工艺、节约生产成本,而且能够使锂电池三元正极材料的循环性能、热稳定性、电化学性能和安全性能得到大幅提高,并且通过采用氢氧化钡和镍合金粉,氢氧化钡与镍合金粉反应生成氧化镍,在电解液的作用下与负极氢氧化物易发生转换反应,允许了镍离子容易嵌入和脱嵌,确保了足够的电导率,提高了电池的能量密度,延长了电池的循环使用寿命;
锂电池正极材料的制备方法中,通过采用混合-研磨-烧结-粉碎-二次混合-二次研磨-二次烧结的方式,相较于现有的制备方法确保了锂电池正极材料制备材料的均匀化。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种锂电池正极材料,按质量份数计,该锂电池正极材料的配方包括:该锂电池正极材料的配方包括:氟化碳30份、正极基材100份、纳米钻石烯10份、二氧化硅10份、氧化铁12份、乙二醇20份、固体石蜡10份、锰源22份、氢氧化钡25、镍合金粉15份;其中,所述正极基材设置为三元正极材料,所述所述三元正极材料为LiaNixCoyMnzO2,其中,0.9≤a≤1.2,x+y+z=1,0.5≤x<1,0<y≤0.25,0<z≤0.25;
所述氟化碳采用氟化碳黑、氟化鳞片石墨、氟化石油焦、氟化碳纤维、氟化中间相碳微球、氟化石墨烯中的一种或几种的均匀混合物;
所述氟化碳采用氟化碳黑、氟化鳞片石墨、氟化石油焦、氟化碳纤维、氟化中间相碳微球、氟化石墨烯中的一种或几种的均匀混合物;
一种权利要求1所述的锂电池正极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、备料,根据锂电池正极材料的制备材料,按质量份数称取,将乙二醇按照1;1.5的比例分为A份和B份,备用;
S2、混合,将氟化碳、正极基材、纳米钻石烯、二氧化硅和锰源依次放入搅拌装置中进行搅拌,制成预混料,然后将氢氧化钡和镍合金粉进行单独搅拌,再将氢氧化钡和镍合金粉的搅拌物与预混料搅拌制成混合料,然后依次加入二氧化硅、氧化铁、固体石蜡并加入A份乙二醇进行混合并研磨,制成制备料;
其中,所述搅拌装置具体采用双螺旋锥形混合机进行混合搅拌;
双螺旋锥形混合机主要特点为:
(1)结构先进、操作方便、运行安全可靠;
(2)混合速度快,且质量均匀,本机双螺旋为非对称排列,一大一小扩大了搅拌范围,因而对比重悬殊混配比悬殊的物料混合更为合适;
(3)节能效果显著,本机与滚筒式混合机相比能耗仅其十分之一;
(4)对颗粒物料的磨损和压馈微小,对热敏性物料混合不发生过热反应;
(5)混合的制剂稳定,不发生分层及离析现象;
(6)本机密封无尘,操作简单、维修方便、适用寿命长,此外,还可根据用户要求,将锥形制成压力容器进行加压或真空操作;
(7)本机的自传、公转均有一套电机及摆线针输减速机完成;
双螺旋锥形混合机的工作原理为:
(1)由于双螺旋的公转而使粉粒沿着锥体壁作周围运作;
(2)由于螺旋叶片的自传,使粉体向锥体中央排放作径向运动;
(3)粉体从锥底向上升流并向螺旋外周围表面上排出,进行物料混合;
(4)螺旋自转引起的粉粒向下降流,正是由于螺旋在混合机内的公转自转的组合,形成了粉体的四种流动形式:即对流、剪切、扩散、渗合的复合运动。因此,粉体在混合机内能迅速达到均匀的混合;
S3、制备粉体材料,将制备料通过烧结炉进行烧结,然后经破碎、过筛制备成粉体材料;
其中,所述烧结采用网带式烧结炉;
S5、二次搅拌,将粉体材料放入搅拌装置中进行二次搅拌,并加入B份乙二醇进行二次研磨,制成糊装材料;
S6、二次烧结,将糊装材料进行二次烧结,并将烧结后的材料切片制得锂电池正极材料。
其中,所述的网带式烧结炉包括如下结构:
(1)预烧区。
为了使蒸发的润滑剂顺利排除出炉外,加有气流流动系统,便于部分未能排出的润滑剂沉渣的清除,在炉底下部设有收集口,很容易从炉外清扫。
预烧区的炉盖以及与烧结区的法兰连接,均使用螺栓,所以检测简单。
(2)烧结区
烧结区炉管采用耐热铸钢制的马弗炉炉管,且炉管留有充分的长度,可使保护气氛稳定,能保证传送带上的横向温差控制在±2℃以内。
为了不使在预烧区脱润滑剂时污浊了的保护气体流入烧结区,在预烧区和烧结区之间设有挡板,以阻止这部分气体流入。
炉管的隔热材料除承受炉管的重力外,全部采用陶瓷纤维,因此热经济性好,隔热效果好,从而使炉体表面温度控制在60℃以下。
用SiC加热元件间接式加热,可以从外部更换,另外加热器的各个端子采用的是耐热材料。
(3))缓冷区
缓冷区采用的是自然冷却,备有充分的长度,用隔热材料保温,具有恢复碳含量的作用,该区与烧结区是用同一耐热铸钢一体加工而成。
(4)冷却区
冷却区分为三段,第一段底部加工成船形,这种设计是为了加快水的流速。以防止水垢等黏附堵塞水流,造成底部高温而引起烧结零件开裂,为便于水垢等的清扫,各区均设有清扫口;
锂电池正极材料的制备方法中,通过采用混合-研磨-烧结-粉碎-二次混合-二次研磨-二次烧结的方式,相较于现有的制备方法确保了锂电池正极材料制备材料的均匀化。
实施例2
与实施例1不同的地方在于:该锂电池正极材料的配方包括:氟化碳40份、正极基材110份、纳米钻石烯20份、二氧化硅13份、氧化铁16份、乙二醇25份、固体石蜡14份、锰源27份、氢氧化钡35份、镍合金粉20份。
实施例3
与实施例1不同的地方在于:该锂电池正极材料的配方包括:氟化碳45份、正极基材120份、纳米钻石烯25份、二氧化硅15份、氧化铁22份、乙二醇30份、固体石蜡18份、锰源35份、氢氧化钡45份、镍合金粉25份。
本发明三组实施例的具体配方数据如下表:
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
氟化碳 | 30份 | 40份 | 45份 |
正极基材 | 100份 | 110份 | 120份 |
纳米钻石烯 | 10份 | 20份 | 25份 |
二氧化硅 | 10份 | 13份 | 15份 |
氧化铁 | 12份 | 16份 | 22份 |
乙二醇 | 20份 | 25份 | 30份 |
固体石蜡 | 10份 | 14份 | 18份 |
锰源 | 22份 | 27份 | 35份 |
氢氧化钡 | 25份 | 35份 | 45份 |
镍合金粉 | 15份 | 20份 | 25份 |
本发明提出的一种锂电池正极材料改善电池制备过程中的加工性能、简化制备工艺、节约生产成本,而且能够使锂电池三元正极材料的循环性能、热稳定性、电化学性能和安全性能得到大幅提高,并且通过采用氢氧化钡和镍合金粉,氢氧化钡与镍合金粉反应生成氧化镍,在电解液的作用下与负极氢氧化物易发生转换反应,允许了镍离子容易嵌入和脱嵌,确保了足够的电导率,提高了电池的能量密度,延长了电池的循环使用寿命。
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 (9)
1.一种锂电池正极材料,其特征在于:按质量份数计,该锂电池正极材料的配方包括:氟化碳30-45份、正极基材100-120份、纳米钻石烯10-25份、二氧化硅10-15份、氧化铁12-22份、乙二醇20-30份、固体石蜡10-18份、锰源22-35份、氢氧化钡25-45份、镍合金粉15-25份;
其中,所述正极基材设置为三元正极材料,所述所述三元正极材料为LiaNixCoyMnzO2,其中,0.9≤a≤1.2,x+y+z=1,0.5≤x<1,0<y≤0.25,0<z≤0.25。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池正极材料,其特征在于:所述锰源采用为一氧化锰、二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰、碳酸锰、碱式碳酸锰、羟基氧化锰、草酸锰中的一种或多种的均匀混合物。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池正极材料,其特征在于:所述氟化碳采用氟化碳黑、氟化鳞片石墨、氟化石油焦、氟化碳纤维、氟化中间相碳微球、氟化石墨烯中的一种或几种的均匀混合物。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池正极材料,其特征在于:该锂电池正极材料的配方包括:氟化碳30份、正极基材100份、纳米钻石烯10份、二氧化硅10份、氧化铁12份、乙二醇20份、固体石蜡10份、锰源22份、氢氧化钡25、镍合金粉15份。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池正极材料,其特征在于:该锂电池正极材料的配方包括:氟化碳40份、正极基材110份、纳米钻石烯20份、二氧化硅13份、氧化铁16份、乙二醇25份、固体石蜡14份、锰源27份、氢氧化钡35份、镍合金粉20份。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池正极材料,其特征在于:该锂电池正极材料的配方包括:氟化碳45份、正极基材120份、纳米钻石烯25份、二氧化硅15份、氧化铁22份、乙二醇30份、固体石蜡18份、锰源35份、氢氧化钡45份、镍合金粉25份。
7.一种权利要求1所述的锂电池正极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、备料,根据锂电池正极材料的制备材料,按质量份数称取,将乙二醇按照1;1.5的比例分为A份和B份,备用;
S2、混合,将氟化碳、正极基材、纳米钻石烯、二氧化硅和锰源依次放入搅拌装置中进行搅拌,制成预混料,然后将氢氧化钡和镍合金粉进行单独搅拌,再将氢氧化钡和镍合金粉的搅拌物与预混料搅拌制成混合料,然后依次加入二氧化硅、氧化铁、固体石蜡并加入A份乙二醇进行混合并研磨,制成制备料;
S3、制备粉体材料,将制备料通过烧结炉进行烧结,然后经破碎、过筛制备成粉体材料;
S5、二次搅拌,将粉体材料放入搅拌装置中进行二次搅拌,并加入B份乙二醇进行二次研磨,制成糊装材料;
S6、二次烧结,将糊装材料进行二次烧结,并将烧结后的材料切片制得锂电池正极材料。
8.根据权利要求7所述的一种锂电池正极材料的制备方法,其特征在于:所述搅拌装置具体采用双螺旋锥形混合机进行混合搅拌。
9.根据权利要求7所述的一种锂电池正极材料的制备方法,其特征在于:所述烧结采用网带式烧结炉。
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