鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種鋰離子電池用正極材料鎳鈷錳酸鋰及其制備方法，具有如下步驟：（1）將鎳鈷錳氫氧化物、碳酸鋰、氟化鋁混合物按比例研磨，使其混合均勻，得到A料；（2）將A料裝入容器置于加熱爐中升溫，到預定溫度后低溫保溫熱處理，保溫結束后繼續升溫至預定溫度后再高溫保溫熱處理，冷卻，得到B料；（3）將B料進行粗破碎后研磨；（4）再將研磨好的B料粉體升溫、高溫保溫熱處理，然后冷卻至常溫；（5）最后研磨并過篩粉體，得到標準粒度成品。本發明專利技術是在現有正極材料鎳鈷錳酸鋰的基礎上進行氟化鋁摻雜，形成鋁摻雜型鎳鈷錳酸鋰成品，該成品結晶度好、性能穩定、安全性更加、能量密度更高、循環性能更好。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種鋰離子電池正極材料的改性工藝，尤其涉及鎳鈷錳酸鋰的制備及其摻雜方法。
技術介紹
鋰離子電池是新一代的綠色高能電池，具有電壓高、能量密度大、循環性能好、自放電小、無記憶效應等突出優點，因此深受人們的歡迎。在鋰離子電池中，正極材料是最重要的部分，目前，研究最多的正極材料是鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰。綜合衡量，此五種材料具有以下特點，鈷酸鋰做為目前唯一已經大規模產業化并廣泛應用于商品離子鋰電池的正極材料，性能穩定，價格高，且鈷是有毒元素；錳酸鋰價格低廉，放電比容量低高溫性能不佳，且二價錳溶于電解液影響能量密度；磷酸鐵鋰循環性能好，低溫性能差，合成批次穩定性差；鎳酸鋰容量高價格低廉結構不穩定且合成難度大；鎳鈷錳酸鋰比容量高，放電倍率佳，循環性能優異，安全性好，成本低，且價格相對較低，因此，鎳鈷錳酸鋰備受青睞。現階段鎳鈷錳酸鋰的制備主要有以下三種。直接高溫固相反應法制備鎳鈷錳酸鋰，這種工藝的主要缺點是其中的鎳鈷錳混合不均勻，難以發揮各自的作用，且合成顆粒物規則，堆積密度低，難以提高材料的體積比容量，阻礙其實際應用；溶膠凝膠法制備鎳鈷錳酸鋰，該方法的主要缺點是烘干難度大，影響其產業化；共沉淀法制備鎳鈷錳酸鋰，該方法的主要缺點是鎳鈷錳前驅體與鋰源混合不均，導致雜相的生成，影響其電化學性能。
技術實現思路
本專利技術提出在制備鎳鈷錳酸鋰時摻入氟化鋁，用以解決鎳鈷錳酸鋰正極材料中原料微觀混合不均、擴散性能和振實密度低、電化學性能差的問題。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方法是一種鋰離子電池用正極材料鎳鈷錳酸鋰及其制備方法，具有如下步驟1、將鎳鈷錳氫氧化物、碳酸鋰、氟化鋁混合物按比例研磨，使其混合均勻，得到A料；2、將A料裝入容器置于加熱爐中升溫，到預定溫度后低溫保溫熱處理，保溫結束后繼續升溫至預定溫度后再高溫保溫熱處理，冷卻，得到B料；3、將B料進行粗破碎后研磨；4、再將研磨好的B料粉體升溫、高溫保溫熱處理，然后冷卻至常溫；5、最后研磨并過篩粉體，得到標準粒度成品。本專利技術所述鎳鈷錳氫氧化物、碳酸鋰、氟化鋁混合物重量比為鎳鈷錳氫氧化物碳酸鋰=1:1. 04 1. 06 ;鎳鈷錳氫氧化物氟化鋁=1:0. 002 O. 004。所述研磨是在罐磨機中研磨2 4小時。所述升溫是保持升溫速率5 30°C /min。所述低溫保溫是500 920°C，時間為5 8小時；所述高溫保溫是880°C 940°C，時間為3 10. 5小時。所述粗破碎是在氣流磨中進行。所述標準粒度是2 10 μ m。本專利技術鎳鈷錳前驅體與鋰源進行二次高溫研磨混合，解決原料微觀混合不均的缺點，促進粒子擴散，使得顆粒形貌更加規則，提高了正極材料的振實密度；鎳鈷錳酸鋰正極材料中摻雜氟化鋁，其中，氟離子有利于提高材料的安全穩定性；摻雜的鋁離子使正極材料與電解液機械的隔離，有利于提高鋰離子的離子移動，同時可以降低Mn2+的損耗，增加首次放電容量。采用以上技術方案后，本專利技術的有益效果是本專利技術提供的鋰離子電池正極材料是在現有正極材料鎳鈷錳酸鋰的基礎上進行氟化鋁摻雜，形成鋁摻雜型鎳鈷錳酸鋰成品，該成品結晶度好、性能穩定、安全性更加、能量密度更高、循環性能更好。附圖說明圖1為本專利技術的工藝流程圖。圖2為本專利技術生產的樣品的容量性能。圖3為本專利技術的粒度分布圖。 具體實施例方式根據圖1所示，本專利技術一種鋰離子電池用正極材料鎳鈷錳酸鋰及其制備方法，具有如下步驟1、將鎳鈷錳氫氧化物、碳酸鋰、氟化鋁混合物按比例研磨，使其混合均勻，得到A料；2、將A料裝入容器置于加熱爐中升溫，到預定溫度后低溫保溫熱處理，保溫結束后繼續升溫至預定溫度后再高溫保溫熱處理，冷卻，得到B料；3、將B料進行粗破碎后研磨；4、再將研磨好的B料粉體升溫、高溫保溫熱處理，然后冷卻至常溫；5、最后研磨并過篩粉體，得到標準粒度成品。本專利技術所述鎳鈷錳氫氧化物、碳酸鋰、氟化鋁混合物重量比為鎳鈷錳氫氧化物碳酸鋰=1:1. 04 1. 06 ;鎳鈷錳氫氧化物氟化鋁=1:0. 002 O. 004。所述研磨是在罐磨機中研磨2 4小時。所述升溫是保持升溫速率5 30°C /min。所述低溫保溫是500 920°C，時間為5 8小時；所述高溫保溫是880°C 940°C，時間為3 10. 5小時。所述粗破碎是在氣流磨中進行。所述標準粒度是2 10 μ m。本專利技術以鎳鈷錳氫氧化物固體粉末與碳酸鋰為原料，以氟化鋁為摻雜劑，混合均勻后，按照重量比例，鎳鈷錳氫氧化物碳酸鋰氟化鋁=I1. 05:0. 003;加入罐磨機中研磨4h，使其混合均勻。本專利技術將研磨后的混合物裝入陶瓷平底缽中，置加熱爐中加熱，升溫與熱處理，升溫速率5 30°C /min，保溫范圍600°C，保溫時間7. 5h ;保溫結束后繼續升溫至940°C，保溫10. 5h，冷卻，保溫熱處理環境介質均為空氣。將高溫處理后的混合物加入氣流磨中進行粗破碎，然后再加入罐磨機中研磨2h;將粗破碎并研磨好的混合物置于940°C的熱處理氛圍中保溫3h，然后冷卻至常溫，研磨并過篩粉體，得到成品，粒度在8-10 μ m。將本專利技術制備的粉體進行物理化學性能測試，得到圖2所示的電性能容量曲線圖以及圖3所示的粒度分布圖。權利要求1.一種鋰離子電池用正極材料鎳鈷錳酸鋰及其制備方法，其特征是具有如下步驟(1)、將鎳鈷錳氫氧化物、碳酸鋰、氟化鋁混合物按比例研磨，使其混合均勻，得到A料；(2)、將A料裝入容器置于加熱爐中升溫，到預定溫度后低溫保溫熱處理，保溫結束后繼續升溫至預定溫度后再高溫保溫熱處理，冷卻，得到B料；(3)、將B料進行粗破碎后研磨；(4)、再將研磨好的B料粉體升溫、高溫保溫熱處理，然后冷卻至常溫；(5)、最后研磨并過篩粉體，得到標準粒度成品。2.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池用正極材料鎳鈷錳酸鋰及其制備方法，其特征是所述鎳鈷錳氫氧化物、碳酸鋰、氟化鋁混合物重量比為鎳鈷錳氫氧化物碳酸鋰=1:1. 04 1. 06 ;鎳鈷錳氫氧化物氟化鋁=1:0. 002 O. 004。3.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池用正極材料鎳鈷錳酸鋰及其制備方法，其特征是所述研磨是在罐磨機中研磨2 4小時。4.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池用正極材料鎳鈷錳酸鋰及其制備方法，其特征是所述升溫是保持升溫速率5 30°C /min。5.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池用正極材料鎳鈷錳酸鋰及其制備方法，其特征是所述低溫保溫是500 920°C，時間為5 8小時；所述高溫保溫是880°C 940°C， 時間為3 10. 5小時。6.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池用正極材料鎳鈷錳酸鋰及其制備方法，其特征是所述粗破碎是在氣流磨中進行。7.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池用正極材料鎳鈷錳酸鋰及其制備方法，其特征是所述標準粒度是2 10 μ m。全文摘要本專利技術涉及一種鋰離子電池用正極材料鎳鈷錳酸鋰及其制備方法，具有如下步驟(1)將鎳鈷錳氫氧化物、碳酸鋰、氟化鋁混合物按比例研磨，使其混合均勻，得到A料；(2)將A料裝入容器置于加熱爐中升溫，到預定溫度后低溫保溫熱處理，保溫結束后繼續升溫至預定溫度后再高溫保溫熱處理，冷卻，得到B料；(3)將B料進行粗破碎后研磨；(4)再將研磨好的B料粉體升溫、高溫保溫熱本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋰離子電池用正極材料鎳鈷錳酸鋰及其制備方法，其特征是：具有如下步驟：（1）、將鎳鈷錳氫氧化物、碳酸鋰、氟化鋁混合物按比例研磨，使其混合均勻，得到A料；（2）、將A料裝入容器置于加熱爐中升溫，到預定溫度后低溫保溫熱處理，保溫結束后繼續升溫至預定溫度后再高溫保溫熱處理，冷卻，得到B料；（3）、將B料進行粗破碎后研磨；（4）、再將研磨好的B料粉體升溫、高溫保溫熱處理，然后冷卻至常溫；（5）、最后研磨并過篩粉體，得到標準粒度成品。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳麗軍，李東南，
申請(專利權)人：江蘇菲思特新能源有限公司，
類型：發明
國別省市：