专利名称：纳米层状富锂材料的制备方法及表面修饰方法
技术领域：
本发明涉及一种锂电池正极材料的制备方法，具体是一种纳米层状富锂材料Li [Lia20Ni0.
133。〇0. 133^0. S3JO2的制备方法及表面修饰方法。
背景技术：
纳米层状材料Li [Li。. JiamCoamMna 534] O2是一种用于锂电池制造中的正极材料，传统采用镍钴锰液相共沉淀方法制备该材料，耗费大量水，对环境污染大，同时其工艺过程复杂，成本高。为提高锂电池的循环寿命，通常还采用共沉淀方法对上述的正极材料进行表面修饰，这种表面修饰方法效果不佳，提高电池循环寿命的效果仍然不理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种工艺方法简单、制备成本低、可有效延长锂电池循环寿命的纳米层状富锂材料Li [Lia2tlNia U3Coai33Mntl 534] O2的制备方法及表面修饰方法。本发明的纳米层状富锂材料Li [Li。. 20Ni0.133CoQ. 133MnQ. 534] O2的制备方法包括以下步骤a.原料制备，将体积浓度95% 99%的工业酒精按重量份数40-70份加入到纳米磨中；搅拌状态下，将NiC03、CoC03、MnC03三者按摩尔比例Ni Co Mn =0.133 0.133 0.534，加入到酒精溶液中，控制三者的总重量份数在40 100份，搅拌混合1-2小时；然后在80-90°C条件下真空脱酒精处理I 4小时，最终得到三者固体混合物，粒度在 100nm-2000nm ；b.广品制备，b-1.将上述三者固体混合物，与Li2C03粉末均匀混合，混合摩尔比例为Li+ 金属离子总和=1.3 0. 8 ；b-2.将上述步骤b-1获得的混合粉末置于空气氛围的烧结炉中，先在480 °C加热5个小时；然后将混合物950°C在空气中烧结15个小时即得到纳米层状Li [Lia20Ni0.
133。。0. 133胞0. 534] O2。本发明纳米层状富锂材料Li [Lia2tlNia 133Co0.133Mn0.534] O2的产品表面修饰方法包括以下步骤步骤一，溶胶的配置，将Al(NO3)3 9H20，和LiOH分别在蒸馏水中溶解，溶液浓度
0.5mol/L lmol/L，控制溶液温度在23-27°C，配置以上足量的溶液待用；按照Al (NO3)3和LiOH物质的量I : 3的比例取用两溶液，在搅拌状态下混合，采用硝酸或氨水调整pH在4-8范围内，将温度控制在23-27°C范围内形成氢氧化铝溶胶； 步骤二，表面修饰，在蒸馏水体系下，按照重量份数蒸馏水40 70份，加入重量份数100 300份的上述纳米层状Li [LiaMNiai33Coai33Mna 534] O2，搅拌混合2 5分钟形成均匀的料浆；按照Al/Mn = 0. 005-0. 01的摩尔比例，将配置的氢氧化铝溶胶加入到料浆中，控制溶胶加入速度在0. 5L 2L/min，搅拌混合0. 5h Ih ;溶胶加入过程，保持料浆在持续混合过程中；整个过程均控制料浆温度在23-27°C范围内，采用氨水或硝酸控制pH在4-8 ；步骤三，后续热处理，将以上浆料在80 120°C真空脱水处理2 5小时，脱水后的固体粉末在空气气氛中，4000C -550°C热处理4 12小时，过200目筛后即得到作为锂电池正极材料的最终产品。与传统的液相共沉淀方法相比，本发明通过溶胶凝胶方法获得经表面修饰的纳米层状富锂材料Li [Li0.20Ni0.133Co0.133Mn0.534] O2,其不仅制备工艺简单、成本低，同时其表面修饰效果好，可有效延长锂电池产品的循环寿命。
具体实施方式
本发明方法制备锂电池正极材料的实施例如下一、原料制备，将体积浓度95% 99%的工业酒精按60公斤加入到纳米磨中；搅拌状态下，将 NiC03、CoC03、MnC03 三者按摩尔比例 Ni Co Mn = O. 133 0. 133 0.534，加入到酒精溶液中，控制三者的总重量80公斤，搅拌混合2小时；然后在85°C条件下真空脱酒精处理3小时，最终得到三者固体混合物，粒度在IOOnm 2000nm ；二、产品制备，I)将上述三者固体混合物，与Li2C03粉末均匀混合，混合摩尔比例为Li+ 金属离子总和=1.3 0. 8 ;这里的比例大于Li [Lia2ciNiai33Coai33Mna53JO2中的理论值(1.2 0.8)，使用过量的锂，因为一小部分锂在烧结过程中会挥发掉；2)将上述步骤I)获得的混合粉末置于空气氛围的烧结炉中，先在480 °C加热5个小时；然后将混合物950°C在空气中烧结10-20个小时即得到纳米层状Li [Lia20Ni0.
133。。0. 133胞0. 534] O2。三、表面修饰，I)溶胶的配置，将Al (NO3) 3. 9H20,和LiOH分别在蒸馏水中溶解，溶液浓度
0.5mol/L lmol/L，控制溶液温度在23_27°C，配置以上足量的溶液待用；按照A1(N03)3和LiOH物质的量I : 3的比例取用两溶液，在搅拌状态下混合，采用硝酸或氨水调整pH在4-8范围内，将温度控制在23-27°C范围内形成氢氧化铝溶胶；2)表面修饰，在蒸馏水体系下，按照蒸馏水60公斤，加入200公斤的上述纳米层状Li [Li。. Jiai33Coai33Mna 534] O2，搅拌混合 5 分钟形成均匀的料浆；按照 Al/Mn = 0. 005-0. 01的摩尔比例，将配置的氢氧化铝溶胶加入到料浆中，控制溶胶加入速度在lL/min，搅拌混合Ih ;溶胶加入过程，保持料浆在持续混合过程中；整个过程均控制料浆温度在23-27°C范围内，采用氨水或硝酸控制PH在4-8 ；3)后续热处理，将以上浆料在100°C真空脱水处理4小时，脱水后的固体粉末在空气气氛中，500°C度热处理10小时，过200目筛后即得到作为锂电池正极材料的最终产品。上述实施例的最终产品测试数据如下I、颗粒大小分布比较均匀，平均直径约1-3 ii m ;2、正极材料的粉末颗粒压实密度约为3. 02g/cm3 ；3、晶体机构用XRD分析为层状氧化物结构，即a -NaFeO2结构；4、用金属锂做参考电极，放电平均电压在3. 5伏左右；
5、用于4.5V扣电IC初次放电容量约165_170mAh/g，100次充放电循环以后还保
有初次容量的94%左右。
权利要求
1.一种纳米层状富锂材料的制备方法包括以下步骤 a.原料制备，将体积浓度95% 99%的工业酒精按重量份数40-70份加入到纳米磨中；搅拌状态下，将NiC03、(00)3、]\1110)3三者按摩尔比例附(0:]\111 =0. 133:0. 133:0. 534，加入到酒精溶液中，控制三者的总重量份数在40 100份，搅拌混合1-2小时；然后在80-90°C条件下真空脱酒精处理I 4小时，最终得到三者固体混合物，粒度在100nm-2000nm ； b.广品制备， b-1.将上述三者固体混合物，与Li2C03粉末均匀混合，混合摩尔比例为Li +:金属离子总和=1.3 0. 8 ； b-2.将上述步骤b-1获得的混合粉末置于空气氛围的烧结炉中，先在480°C加热5个小时；然后将混合物950°C在空气中烧结10-20个小时即得到纳米层状Li [Lia20Ni0.133。。0. 133胞0. 534] O2。
2.—种纳米层状富锂材料的产品表面修饰方法包括以下步骤 步骤一，溶胶的配置，将Al(NO3)3. 9H20,和LiOH分别在蒸馏水中溶解，溶液浓度.0. 5mol/L lmol/L，控制溶液温度在23_27°C，配置以上足量的溶液待用；按照Al (NO3)3和LiOH物质的量1:3的比例取用两溶液，在搅拌状态下混合，采用硝酸或氨水调整pH在4-8范围内，将温度控制在23-27°C范围内形成氢氧化铝溶胶； 步骤二，表面修饰，在蒸馏水体系下，按照重量份数蒸馏水40 70份，加入重量份数.100 300份如权利要求I所述方法制备的纳米层状Li [Lia2tlNiamCoai33Mna 534] O2，搅拌混合2 5分钟形成均匀的料浆；按照Al/Mn=0. 005-0. 01的摩尔比例，将配置的氢氧化铝溶胶加入到料浆中，控制溶胶加入速度在0. 5L 2L/min，搅拌混合0. 5h Ih ;溶胶加入过程，保持料浆在持续混合过程中；整个过程均控制料浆温度在23-27°C范围内，采用氨水或硝酸控制pH在4-8 ； 步骤三，后续热处理，将以上浆料在80 120°C真空脱水处理2 5小时，脱水后的固体粉末在空气气氛中，400°C 550°C热处理4 12小时，过200目筛后即得到作为锂电池正极材料的最终产品。
全文摘要
本发明涉及一种锂电池正极材料的制备方法，具体是一种纳米层状富锂材料的制备方法及表面修饰方法。该方法包括以下步骤a.原料制备，将工业酒精40-70份加入到纳米磨中；搅拌状态下，将NiCO3、CoCO3、MnCO3三者按摩尔比例Ni:Co:Mn=0.133:0.133:0.534，加入到酒精溶液中，三者的总份数在40～100份，搅拌混合然后真空脱酒精处理得到三者固体混合物；b.产品制备，将三者固体混合物与Li2CO3粉末均匀混合，混合摩尔比例为Li+金属离子总和=1.30.8；将获得的混合粉末置于空气氛围的烧结炉中烧结得到纳米层状Li[Li0.20Ni0.133Co0.133Mn0.534]O2。与传统方法相比，本发明不仅制备工艺简单、成本低，同时其表面修饰效果好，可有效延长锂电池产品的循环寿命。
文档编号H01M4/485GK102623688SQ20121008152
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者崔立峰, 杨克涛, 王熙帧, 王辉, 葛云科 申请人:江苏科捷锂电池有限公司