专利名称：制备细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备电池正极材料的方法。具体说，是一种替代钴酸锂的锂电池 正极材料的细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧的制备方法。
背景技术：
在电池生产行业都知道，锂电池以其环保、比容量大、重量轻、适应性强和循环性 能好等优势，成为现阶段主要的动力电源。而锂电池的性能好坏，则取决于其正极材料。目前，已经商业化的锂电池正极材料主要有钴酸锂和锰酸锂两种。钴酸锂比容量 较高、其比容量高达150 160mah/g，循环性能好，但耐过充电压较低、只有约5V。而且所 用原材料主要是钴，价格较高，生产成本高。而锰酸锂由于其主要原料是锰，锰的价格比较 便宜，可降低生产成本。而且其耐过充电压较高、高达10V。但锰酸锂的比容量较低、只有 90 llOmah/g，循环性能差、只有钴酸锂的60%。为了解决上述问题，市场上又出现了锂钴镍锰氧。为了获得较高的比容量，所用原 料的配方按照钴(钴+镍+锰)彡4 10的摩尔比例进行选材。而为了降低价格，所用 原料的配方按照钴(钴+镍+锰)<2 10的摩尔比例进行选材。这两种材料都是片 面强调单一性能，要么耐过充电压小、只有6V，要么比容量低、仅有120 130mah/g，要么循 环性能差、只有300 400次。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种制备细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧的方法。采 用这种方法制备的细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧，耐过充电压高、高达10V，比容量高、高 达165 170mah/g，循环性能好、可达700 800次。为解决上述问题，采取以下技术方案本发明的制备细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧的方法特征是依次包括以下步骤先按照金属钴金属镍金属锰=1 1 1的摩尔比例选取金属钴、金属镍和 金属锰；再将金属钴、金属镍和金属锰分别用浓度为20重量％ 40重量％的硝酸反应溶 解，制得硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液，该硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液 的摩尔浓度均为1 2mol/L ；之后，用相同容积的硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液进行均勻混合，制得混 合液A;之后，用温度为30 80°C的碳酸钠溶液与温度为30 80°C的上述混合液A进行 合成；其合成方法是以300 500L/小时的速度分别将碳酸钠溶液和混合液A同时缓慢流 入反应釜内，并进行均勻搅拌，使其PH值维持在7. 5 9，得到混合液B ；当混合液B中出现 球体且球体直径达到10 lSym时，进行固液分离，得到细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固 体；
之后，对细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体进行清洗和烘干，得到细晶聚合、多 孔球形碳酸钴镍锰粉体；之后，在700 800°C的温度下，将细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰粉体煅烧6 8 小时，得到细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰；最后，按照细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰碳酸锂=1 1. 05 1. 10的摩尔比 例，将细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰与碳酸锂充分混合后，在700 800°C的温度下煅烧 8 15小时，得到细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧。其中，对细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体进行清洗是采用温度为100°C的热水 进行清洗。对细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体烘干采用的是温度为100 120°C的烘箱 进行烘干。采取上述方案，具有以下优点由于本发明按照金属钴金属镍金属锰=1:1:1的摩尔比例进行选料，使 钴、镍、锰三元素均势组合，优势互补，缺点相互抵消，从而达到具有综合优良性能的效果。 与传统配方相比，耐过充电压，比容量高和循环性能都有明显提高。经检测，耐过充电压高 达10V，比容量高达165 170mah/g，循环性能可达700 800次。
具体实施例方式实施例一先按照金属钴金属镍金属锰=1 1 1的摩尔比例选取金属钴、金属镍和 金属锰，待用；再将金属钴、金属镍和金属锰分别用浓度为20重量％的硝酸反应溶解，制得硝酸 钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液，该硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液的摩尔浓度均 为 lmol/L ；之后，用相同容积的硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液进行均勻混合，制得混 合液A;之后，用温度为30°C的碳酸钠溶液与温度为30°C的上述混合液A进行合成；其合 成方法是以300L/小时的速度分别将碳酸钠溶液和混合液A同时缓慢流入反应釜内，并进 行均勻搅拌，使其PH值维持在7. 5，得到混合液B ；当混合液B中出现球体且球体直径达到 10 ym时，用离心机进行固液分离，得到细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体；之后，用100°C热水对细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体进行清洗，用100°C烘 箱对经清洗过的细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体进行烘干，得到细晶聚合、多孔球形碳 酸钴镍锰粉体；之后，用燃气炉在700°C的温度下，将细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰粉体煅烧6 小时，得到细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰；最后，按照细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰碳酸锂=1 1.05的摩尔比例，将细 晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰与碳酸锂充分混合后，在700°C的温度下煅烧8小时，得到细 晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧。实施例二 先按照金属钴金属镍金属锰=1 1 1的摩尔比例选取金属钴、金属镍和金属锰，待用；再将金属钴、金属镍和金属锰分别用浓度为30重量％的硝酸反应溶解，制得硝酸 钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液，该硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液的摩尔浓度均 为 1. 5mol/L ；之后，用相同容积的硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液进行均勻混合，制得混 合液A;之后，用温度为55°C的碳酸钠溶液与温度为55°C的上述混合液A进行合成；其合 成方法是以400L/小时的速度分别将碳酸钠溶液和混合液A同时缓慢流入反应釜内，并进 行均勻搅拌，使其PH值维持在8. 2，得到混合液B ；当混合液B中出现球体且球体直径达到 14i!m时，用离心机进行固液分离，得到细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体；之后，用100°C热水对细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体进行清洗，用110°C烘 箱对经清洗过的细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体进行烘干，得到细晶聚合、多孔球形碳 酸钴镍锰粉体；之后，用燃气炉在750°C的温度下，将细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰粉体煅烧7 小时，得到细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰；最后，按照细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰碳酸锂=1 1.08的摩尔比例，将细 晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰与碳酸锂充分混合后，在750°C的温度下煅烧12小时，得到细 晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧。实施例三先按照金属钴金属镍金属锰=1 1 1的摩尔比例选取金属钴、金属镍和 金属锰，待用；再将金属钴、金属镍和金属锰分别用浓度为40重量％的硝酸反应溶解，制得硝酸 钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液，该硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液的摩尔浓度均 为 2mol/L ；之后，用相同容积的硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液进行均勻混合，制得混 合液A;之后，用温度为80°C的碳酸钠溶液与温度为80°C的上述混合液A进行合成；其合 成方法是以500L/小时的速度分别将碳酸钠溶液和混合液A同时缓慢流入反应釜内，并进 行均勻搅拌，使其PH值维持在9，得到混合液B ；当混合液B中出现球体且球体直径达到 18 ym时，用离心机进行固液分离，得到细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体；之后，用100°C热水对细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体进行清洗，用120°C烘 箱对经清洗过的细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体进行烘干，得到细晶聚合、多孔球形碳 酸钴镍锰粉体；之后，用燃气炉在800°C的温度下，将细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰粉体煅烧8 小时，得到细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰；最后，按照细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰碳酸锂=1 1. 10的摩尔比例，将细 晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰与碳酸锂充分混合后，在800°C的温度下煅烧15小时，得到细 晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧。
权利要求
制备细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧的方法，其特征在于依次包括以下步骤先按照金属钴∶金属镍∶金属锰＝1∶1∶1的摩尔比例选取金属钴、金属镍和金属锰；再将金属钴、金属镍和金属锰分别用浓度为20重量％～40重量％的硝酸反应溶解，制得硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液，该硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液的摩尔浓度均为1～2mol/L；之后，用相同容积的硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液进行均匀混合，制得混合液A；之后，用温度为30～80℃的碳酸钠溶液与温度为30～80℃的上述混合液A进行合成；其合成方法是以300～500L/小时的速度分别将碳酸钠溶液和混合液A同时缓慢流入反应釜内，并进行均匀搅拌，使其PH值维持在7.5～9，得到混合液B；当混合液B中出现球体且球体直径达到10～18μm时，进行固液分离，得到细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体；之后，对细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体进行清洗和烘干，得到细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰粉体；之后，在700～800℃的温度下，将细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰粉体煅烧6～8小时，得到细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰；最后，按照细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰∶碳酸锂＝1∶1.05～1.10的摩尔比例，将细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰与碳酸锂充分混合后，在700～800℃的温度下煅烧8～15小时，得到细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧。
2.根据权利要求1所述的制备细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧的方法，其特征在于对 细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体进行清洗是采用温度为100°C的热水进行清洗。
3.根据权利要求1所述的制备细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧的方法，其特征在于对 细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体烘干采用的是温度为100 120°C的烘箱进行烘干。
全文摘要
本发明公开一种制备细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧的方法。该方法包括对金属钴、金属镍和金属锰的选取、反应溶解、均匀混合，与碳酸钠溶液进行合成、清洗、烘干和煅烧等步骤。采用这种方法制备的细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧，耐过充电压高、高达10V，比容量高、高达165～170mah/g，循环性能好、可达700～800次。可替代钴酸锂的锂电池正极材料。
文档编号H01M4/48GK101800308SQ20101014745
公开日2010年8月11日 申请日期2010年4月1日 优先权日2010年4月1日
发明者刘宝峰, 刘恒, 杨勇 申请人:无锡万达金属粉末有限公司