一種富鋰錳基正極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種富鋰錳基正極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池因具有高能量、高容量、體積小、重量輕、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，自商品化以來(lái)，已經(jīng)在移動(dòng)電話，筆記本電腦，數(shù)碼相機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品上得到了廣泛應(yīng)用，并正朝向電動(dòng)汽車，航空航天及軍用通訊設(shè)備等領(lǐng)域取代傳統(tǒng)能源供給，越來(lái)越廣泛的需求對(duì)鋰離子電池的溫度特性有了更高的要求。在我國(guó)北方，電動(dòng)汽車在冬季通常會(huì)遭遇-10°c以下的低溫，許多軍用設(shè)備也要求電源能在-20°c以下工作。而在低溫環(huán)境，尤其是-20°c以下，鋰離子電池的性能要遠(yuǎn)低于其常溫性能。因此，改善鋰離子電池的低溫特性成為了推動(dòng)鋰離子電池應(yīng)用和發(fā)展的一個(gè)重要方向。
[0003]富鋰錳基正極材料Li[Li(l-2x)/3NixMn(2-x)/3]02 是 Li2Mn03 與LiN1.5ΜηΟ.502 所形成的固溶體，YoungSH 的文章報(bào)道 Li [N1.20Li0.20Μη0.60]02 在
2.0-4.8V，20mA/g充放電下，材料的首次放電比容量達(dá)到288mAh/g，高壓下呈現(xiàn)出很高的放電比容量，目前已經(jīng)在江特鋰電池材料有限公司實(shí)現(xiàn)商品化，該材料還具有循環(huán)性能好，是一種很有發(fā)展前景的鋰離子電池正極材料。
[0004]但是富鋰錳基正極材料Li [Li (l-2x) /3NixMn (2_x) /3] 02存在電導(dǎo)率較低，低溫性能較差等缺陷，這制約著其在電動(dòng)汽車及航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用，因此迫切需要對(duì)其進(jìn)行低溫性能改善，進(jìn)一步推動(dòng)其應(yīng)用領(lǐng)域。并且采用化學(xué)共沉淀方法先生產(chǎn)前驅(qū)物的方法，雖然制備物純度高，活性好，但易于造成水污染，成本過(guò)高。
[0005]有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計(jì)人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種富鋰錳基正極材料的制備方法，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種采用微波燒成技術(shù)，并且添加了對(duì)微波敏感物質(zhì)，使微波加熱效率提高，整體能源消耗大幅下降的富鋰錳基正極材料的制備方法。
[0007]本發(fā)明的富鋰錳基正極材料的制備方法，包括以下步驟:
[0008]1)將鋰、鎳的氧化物或碳酸鹽，與按比例稱取的EMD (電解二氧化錳)，在添加鋯氧化物的配比中，加少量水進(jìn)行球磨，并在該漿料體系中加入適量分散劑，使之達(dá)到較好的分散效果，且較高的固含量；
[0009]2)將球磨混合好后的漿料直接裝入待燒匣缽中，在微波控制加熱爐中加熱。反應(yīng)30?60分鐘后，停止微波加熱，并迅速降溫，使待燒成材料形成固熔體。
[0010]進(jìn)一步的，所述步驟1)中所述的鋰鹽可以是氧化鋰、氫氧化鋰、碳酸鋰等；鎳氧化物可以是氧化鎳、碳酸鎳、硝酸鎳等；鋯氧化物可以是氧化鋯、氫氧化鋯等。
[0011]進(jìn)一步的，所述步驟1)中所述的比例，按L1: N1: Μη: Zr摩爾比為1.5: 0.3: 0.7: 0.01 ;添加Zr除摻雜改性作用外，主要是對(duì)微波加熱敏感物質(zhì)，使微波加熱效率大幅提升；
[0012]進(jìn)一步的，所述步驟1)中加水量為使資料體系固含量控制在85% -95%
[0013]進(jìn)一步的，所述步驟1)中加所述適量分散劑可以為檸檬酸銨、丙烯酸等，加量為質(zhì)量比 0.02 ~ 0.2% ；
[0014]進(jìn)一步的，所述步驟1)中所述球磨時(shí)間控制為2?3小時(shí)；球體為氧化鋯球。
[0015]進(jìn)一步的，所述步驟1)中所述球磨后的漿料其物質(zhì)堆積密度高于正常固體材料堆積的密度，物質(zhì)間隙較小，有利于物質(zhì)反應(yīng)發(fā)生。
[0016]進(jìn)一步的，所述步驟2)中所述的微波加熱工藝為:首先加熱至650度，保溫5分鐘，然后加熱至800-1100度，保溫30-60分鐘。
[0017]進(jìn)一步的，所述步驟2)中所述的迅速降溫可采用在大氣環(huán)境下自然降溫、通風(fēng)降溫等方式?？刂茝姆磻?yīng)溫度降至600度以下的時(shí)間為2小時(shí)以內(nèi)。
[0018]借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]1、提供了采用氧化物直接合成富鋰錳基正極材料的方法，更環(huán)保，更經(jīng)濟(jì)。
[0020]2、采用微波燒成技術(shù)，并且添加了對(duì)微波敏感物質(zhì)，使微波加熱效率提高，整體能源消耗大幅下降。
[0021 ] 3、材料保證高容量同時(shí)，其低溫性能有所改善。
[0022]上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如后。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0024]一種富鋰錳基正極材料的制備方法，包括以下步驟:
[0025]1)將鋰、鎳的氧化物或碳酸鹽，與按比例稱取的EMD (電解二氧化錳)，在添加鋯氧化物的配比中，加少量水進(jìn)行球磨，并在該漿料體系中加入適量分散劑，使之達(dá)到較好的分散效果，且較高的固含量；
[0026]2)將球磨混合好后的漿料直接裝入待燒匣缽中，在微波控制加熱爐中加熱。反應(yīng)30?60分鐘后，停止微波加熱，并迅速降溫，使待燒成材料形成固熔體。
[0027]進(jìn)一步的，所述步驟1)中所述的鋰鹽可以是氧化鋰、氫氧化鋰、碳酸鋰等；鎳氧化物可以是氧化鎳、碳酸鎳、硝酸鎳等；鋯氧化物可以是氧化鋯、氫氧化鋯等。
[0028]進(jìn)一步的，所述步驟1)中所述的比例，按L1: N1: Μη: Zr摩爾比為1.5:
0.3: 0.7: 0.01 ;添加Zr除摻雜改性作用外，主要是對(duì)微波加熱敏感物質(zhì)，使微波加熱效率大幅提升；
[0029]進(jìn)一步的，所述步驟1)中加水量為使資料體系固含量控制在85% -95%
[0030]進(jìn)一步的，所述步驟1)中加所述適量分散劑可以為檸檬酸銨、丙烯酸等，加量為質(zhì)量比 0.02 ~ 0.2% ；
[0031]進(jìn)一步的，所述步驟1)中所述球磨時(shí)間控制為2?3小時(shí)；球體為氧化鋯球。
[0032]進(jìn)一步的，所述步驟1)中所述球磨后的漿料其物質(zhì)堆積密度高于正常固體材料堆積的密度，物質(zhì)間隙較小，有利于物質(zhì)反應(yīng)發(fā)生。
[0033]進(jìn)一步的，所述步驟2)中所述的微波加熱工藝為:首先加熱至650度，保溫5分鐘，然后加熱至800-1100度，保溫30-60分鐘。
[0034]進(jìn)一步的，所述步驟2)中所述的迅速降溫可采用在大氣環(huán)境下自然降溫、通風(fēng)降溫等方式?？刂茝姆磻?yīng)溫度降至600度以下的時(shí)間為2小時(shí)以內(nèi)。
[0035]實(shí)例1
[0036]1、取碳酸鋰、氧化鎳、二氧化錳及氫氧化鋯，按Li: Ni: Μη: Zr摩爾比為
1.5: 0.3: 0.7: 0.01稱取相應(yīng)的重量，加入裝有氧化鋯球的球磨機(jī)中；
[0037]2、按質(zhì)量比加入上述物料重量15%重量的去離子水，加入總質(zhì)量比為1%的檸檬酸銨，開動(dòng)球磨機(jī)進(jìn)行球磨。球磨3小時(shí)。得到混合物漿料；
[0038]3、將上述漿料直接加入待燒匣缽中，放置到微波加熱爐中進(jìn)行加熱。
[0039]4、升溫至650度，保溫5分鐘，然后升溫至1050度，保溫40分鐘；然后自然降溫。即得到富鋰錳基固熔體。
[0040]實(shí)例2
[0041]1、取碳酸鋰、碳酸鎳、二氧化錳及氫氧化鋯，按Li: Ni: Μη: Zr摩爾比為
1.5: 0.3: 0.7: 0.01稱取相應(yīng)的重量，加入裝有氧化鋯球的球磨機(jī)中；
[0042]2、按質(zhì)量比加入上述物料重量15%重量的去離子水，加入總質(zhì)量比為1%的檸檬酸銨，開動(dòng)球磨機(jī)進(jìn)行球磨。球磨3小時(shí)。得到混合物漿料；
[0043]3、將上述漿料直接加入待燒匣缽中，放置到微波加熱爐中進(jìn)行加熱。
[0044]4、升溫至650度，保溫10分鐘，然后升溫至1000度，保溫40分鐘；然后自然降溫。即得到富鋰錳基固熔體。
[0045]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種富鋰錳基正極材料的制備方法，其特征在于:1)將鋰、鎳的氧化物或碳酸鹽，與按比例稱取的EMD，在添加鋯氧化物的配比中，加少量水進(jìn)行球磨，并在該漿料體系中加入適量分散劑，使之達(dá)到較好的分散效果，且較高的固含量； 2)將球磨混合好后的漿料直接裝入待燒匣缽中，在微波控制加熱爐中加熱。反應(yīng)30?60分鐘后，停止微波加熱，并迅速降溫，使待燒成材料形成固熔體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富鋰錳基正極材料的制備方法，其特征在于:所述步驟1)中所述的鋰鹽可以是氧化鋰、氫氧化鋰、碳酸鋰等；鎳氧化物可以是氧化鎳、碳酸鎳、硝酸鎳等；鋯氧化物可以是氧化鋯、氫氧化鋯等。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富鋰錳基正極材料的制備方法，其特征在于:所述步驟1)中所述的比例，按Li: Ni: Μη: Zr摩爾比為1.5: 0.3: 0.7: 0.01 ;添加Zr除摻雜改性作用外，主要是對(duì)微波加熱敏感物質(zhì)，使微波加熱效率大幅提升。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富鋰錳基正極材料的制備方法，其特征在于:所述步驟1)中加水量為使資料體系固含量控制在85%-95%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富鋰錳基正極材料的制備方法，其特征在于:，所述步驟1)中加所述適量分散劑可以為檸檬酸銨、丙烯酸等，加量為質(zhì)量比0.02?0.2%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富鋰錳基正極材料的制備方法，其特征在于:，所述步驟1)中所述球磨時(shí)間控制為2?3小時(shí)；球體為氧化鋯球。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富鋰錳基正極材料的制備方法，其特征在于:所述步驟1)中所述球磨后的漿料其物質(zhì)堆積密度高于正常固體材料堆積的密度，物質(zhì)間隙較小，有利于物質(zhì)反應(yīng)發(fā)生。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富鋰錳基正極材料的制備方法，其特征在于:所述步驟2)中所述的微波加熱工藝為:首先加熱至650度，保溫5分鐘，然后加熱至800-1100度，保溫30-60分鐘。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富鋰錳基正極材料的制備方法，其特征在于:所述步驟2)中所述的迅速降溫可采用在大氣環(huán)境下自然降溫、通風(fēng)降溫等方式?？刂茝姆磻?yīng)溫度降至600度以下的時(shí)間為2小時(shí)以內(nèi)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用微波燒成技術(shù)，并且添加了對(duì)微波敏感物質(zhì)，使微波加熱效率提高，整體能源消耗大幅下降的富鋰錳基正極材料的制備方法。包括以下步驟：將鋰、鎳的氧化物或碳酸鹽，與按比例稱取的EMD(電解二氧化錳)，在添加鋯氧化物的配比中，加少量水進(jìn)行球磨，并在該漿料體系中加入適量分散劑，使之達(dá)到較好的分散效果，且較高的固含量；將球磨混合好后的漿料直接裝入待燒匣缽中，在微波控制加熱爐中加熱。反應(yīng)30～60分鐘后，停止微波加熱，并迅速降溫，使待燒成材料形成固熔體。
【IPC分類】H01M4/525, H01M4/505
【公開號(hào)】CN105406054
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410459105
【發(fā)明人】馬巖華
【申請(qǐng)人】無(wú)錫晶石新型能源有限公司
【公開日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2014年9月11日