一种提高锂离子动力电池用氧化镍钴铝锂性能的方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高锂离子动力电池用氧化镍钴铝锂性能的方法，将含锂离子和含磷酸根离子的原料分别配制成水溶液，在常压反应釜中将待处理的氧化镍钴铝锂制成水悬浊液，用计量泵将锂离子溶液和磷酸根离子溶液按比例注入常压反应釜进行反应。反应完成后过滤分离得到固形物，对固形物进行洗涤。将得到的固形物与可溶锰盐、水、多元醇配制成悬浊液。该悬浊液进行溶剂热反应。反应完成后，过滤得到固形物，并对其进行洗涤、干燥。最后，将得到的固形物进行粉碎、筛分、包装，得到目标产品。通过包覆手段，提高了氧化镍钴铝锂与电解液的相容性，使其循环性能显著提高，产气现象得到有效抑制。
【专利说明】一种提高锂离子动力电池用氧化镍钴铝锂性能的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锂离子电池用正极材料的改进方法，特别是涉及一种提高锂离子动力电池用氧化镍钴铝锂材料性能的方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池是一种能量密度高、功量密度高、寿命长的二次电池，在现代社会中扮演重要角色。在手机、笔记本电脑等小型设备中，锂离子电池应用极为广泛。同时，随着电动汽车、智能电网等产业的快速发展，锂离子动力电池的需求量急剧上升，对其性能要求日益提高。应用于锂离子电池中的正极材料是其性能和成本的决定性因素。作为锂离子电池正极材料，氧化镍钴铝锂具有工作电压高、比容量大、成本低、安全性好等优点，非常适用于锂离子动力电池体系，是最具应用前景的动力型锂离子电池正极材料之一。氧化镍钴铝锂材料应用于锂离子动力电池，将使电池系统的质量能量密度和体积能量密度均得到较大提高，电池组的高功率特性良好，特别适用于纯电动汽车或插电式混合动力汽车。
[0003]但氧化镍钴铝锂也有其严重的缺点，阻碍了其应用。其与电解液的相容性较差，易产生气体，循环稳定性也有待提高。同时，安全性方面也存在一定隐患，尤其是在较高的温度下。克服该材料缺点通常的方法是表面包覆。通过包覆提高材料与电解液的相容性，最终提高材料的热力学和动力学稳定性，延长循环寿命，拓宽材料的工作温度，抑制气体的产生，提高安全性。包覆剂的选择是一方面要做的工作，另一方面，还要选择适当的方法，使包覆更加均匀可靠。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是，提供一种采用电位匹配的磷酸锰锂作为包覆剂，以控制结晶法制备包覆层前驱体，然后经水热过程得到目标包覆层，提供了一种提高锂离子动力电池用氧化镍钴铝锂性能的方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种提高锂离子动力电池用氧化镍钴铝锂性能的方法，包括以下步骤:
[0006]I)将含锂离子和含磷酸根离子的原料分别配制成水溶液；
[0007]2)在常压反应釜中将待处理的氧化镍钴铝锂制成水悬浊液，用计量泵将锂离子溶液和磷酸根离子溶液按比例注入常压反应釜进行反应，反应完成后过滤分离得到固形物，对固形物进行洗涤；
[0008]3)将得到的固形物与可溶锰盐、水、多元醇配制成悬浊液，该悬浊液进行溶剂热反应，反应完成后，过滤得到固形物，并对其进行洗涤、干燥；
[0009]4)将得到的固形物产品进行粉碎、筛分、包装，得到目标产品。
[0010]所述的含锂离子的原料是可溶的锂盐和氢氧化锂中的一种或几种，含磷酸根离子的原料是磷酸和可溶的磷酸盐中的一种或几种。
[0011]按摩尔数计，所述的原料注入比例为:n(P043+):n(Li (NixCoyAl1^y) O2)=0.01-0.05, n (Mn2+) = η (Li+)/3 = 1.05*η(Ρ043_)。
[0012]所述的多元醇是乙二醇、丙三醇和聚合度≥2的聚乙二醇中的一种或几种。
[0013]所述的溶剂热反应温度为120_200°C，反应时间为2_20h。
[0014]所述步骤2)中用计量泵以相同体积速率同时加入锂离子溶液和磷酸根离子溶液。
[0015]所述步骤2)中用去离子水对固形物进行洗涤。
[0016]所述步骤3)中依次用去离子水、乙醇对固形物进行洗涤。
[0017]所述的常压反应釜带有恒温和搅拌装置。
[0018]本发明的有益效果是:本发明首先在待修饰的氧化镍钴铝锂颗粒表面包覆一层磷酸锂，随后包覆层在溶剂热反应条件下与锰离子反应生成磷酸锰锂，得到磷酸锰锂包覆的氧化镍钴铝锂。包覆后，氧化镍钴铝锂材料与电解液的相容性提高，产气现象得到抑制，循环性能得到改进。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明的制备方法的工艺流程。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明:
[0021]如图1所示，本发明的提高锂离子动力电池用氧化镍钴铝锂性能的方法，包括以下步骤:
[0022]I)将含锂离子和含磷酸根离子的原料分别配制成水溶液；
[0023]2)在常压反应釜中将待处理的氧化镍钴铝锂制成水悬浊液，用计量泵将锂离子溶液和磷酸根离子溶液按比例注入常压反应釜进行反应，反应完成后过滤分离得到固形物，对固形物进行洗涤；
[0024]3)将得到的固形物与可溶锰盐、水、多元醇配制成悬浊液，该悬浊液进行溶剂热反应，反应完成后，过滤得到固形物，并对其进行洗涤、干燥；
[0025]4)将得到的固形物产品进行粉碎、筛分、包装，得到目标产品。
[0026]所述的含锂离子的原料是可溶的锂盐和氢氧化锂中的一种或几种，含磷酸根离子的原料是磷酸和可溶的磷酸盐中的一种或几种。
[0027]按摩尔数计，所述的原料注入比例为:n(P043+):n(Li (NixCoyAl1^y) O2)=
0.01-0.05, n (Mn2+) = n (Li+)/3 = 1.05*η(Ρ043_)。
[0028]所述的多元醇是乙二醇、丙三醇和聚合度≥2的聚乙二醇中的一种或几种。
[0029]所述的溶剂热反应温度为120_200°C，反应时间为2_20h。
[0030]所述步骤2)中用计量泵以相同体积速率同时加入锂离子溶液和磷酸根离子溶液。
[0031]所述步骤2)中用去离子水对固形物进行洗涤。
[0032]所述步骤3)中依次用去离子水、乙醇对固形物进行洗涤。
[0033]所述的常压反应釜带有恒温和搅拌装置。
[0034]实施例1[0035]配制以下水溶液:3.15mol.dm_3LiOH溶液，1.0Omol.dm_3H3P04溶液。在反应釜中加入IOdm3去离子水和2kg待改进的氧化镍钴铝锂，充分搅拌。用计量泵以相同体积速率同时加入LiOH溶液240cm3和H3PO4溶液240cm3。加入完成后，沉化30min。过滤，用去离子水洗涤沉淀3次。将得到的固形物和42.6g MnSO4.H2O以5dm3水-二乙二醇(体积比1:1)溶液为分散剂配制成悬浊液。将该悬浊液在120°C溶剂热反应20h。过滤，用去离子水洗涤沉淀4次，用乙醇洗涤I次。将得到的固形物烘干后进行粉碎、筛分，得到目标产品。
[0036]实施例2
[0037]配制以下水溶液:3.15mol.dnT3Li2S04 溶液，2.0Omol.dm^3 (NH4)2HPO4 溶液。在反应釜中加入20dm3去离子水和3kg待改进的氧化镍钴铝锂，充分搅拌。用计量泵以相同体积速率同时加入Li2SO4溶液700cm3和(NH4) 2ΗΡ04溶液700cm3。加入完成后，沉化20min。过滤，用去离子水洗涤沉淀3次。将得到的固形物和360.3g Mn (CH3COO).4Η20以IOdm3水-丙三醇(体积比1:2)溶液为分散剂配制成悬浊液。在170°C反应10h。过滤，用去离子水洗涤沉淀4次，用乙醇洗涤I次。将得到的固形物烘干后进行粉碎、筛分，得到目标产品。
[0038]实施例3
[0039]配制以下水溶液:3.15mol ^dnT3CH3COOLi 溶液，1.0Omol *(1π 3 (NH4) 3P04 溶液。在反应釜中加入15dm3去离子水和2.5kg待改进的氧化镍钴铝锂，充分搅拌。用计量泵以相同体积速率同时加入CH3COOLi溶液500cm3和(NH4) 3P04溶液500cm3。加入完成后，沉化30min。过滤，用去离子水洗涤沉淀3次。将得到的固形物和88.7g MnSO4 -H2O以IOdm3水-聚乙二醇400(体积比1:1)溶液为分散剂配制成悬浊液。在190°C反应2h。过滤，用去离子水洗涤沉淀4次，用乙醇洗涤I次。将得到的固形物烘干后进行粉碎、筛分，得到目标产品。
[0040]实施例效果:
[0041]
【权利要求】
1.一种提高锂离子动力电池用氧化镍钴铝锂性能的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将含锂离子和含磷酸根离子的原料分别配制成水溶液； 2)在常压反应釜中将待处理的氧化镍钴铝锂制成水悬浊液，用计量泵将锂离子溶液和磷酸根离子溶液按比例注入常压反应釜进行反应，反应完成后过滤分离得到固形物，对固形物进行洗涤； 3)将得到的固形物与可溶锰盐、水、多元醇配制成悬浊液，该悬浊液进行溶剂热反应，反应完成后，过滤得到固形物，并对其进行洗涤、干燥； 4)将得到的固形物产品进行粉碎、筛分、包装，得到目标产品。
2.根据权利要求1所述的提高锂离子动力电池用氧化镍钴铝锂性能的方法，其特征在于，所述的含锂离子的原料是可溶的 锂盐和氢氧化锂中的一种或几种，含磷酸根离子的原料是磷酸和可溶的磷酸盐中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的提高锂离子动力电池用氧化镍钴铝锂性能的方法，其特征在于，按摩尔数计，所述的原料注入比例为:n(P043+) In(Li(NixCoyAl1^y)O2) = 0.01-0.05，n (Mn2+) = n (Li+) /3 = 1.05*n(P043-)。
4.根据权利要求1所述的提高锂离子动力电池用氧化镍钴铝锂性能的方法，其特征在于，所述的多元醇是 乙二醇、丙三醇和聚合度> 2的聚乙二醇中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的提高锂离子动力电池用氧化镍钴铝锂性能的方法，其特征在于，所述的溶剂热反应温度为120-200°C，反应时间为2-20h。
6.根据权利要求1所述的提高锂离子动力电池用氧化镍钴铝锂性能的方法，其特征在于，所述步骤2)中用计量泵以相同体积速率同时加入锂离子溶液和磷酸根离子溶液。
7.根据权利要求1所述的提高锂离子动力电池用氧化镍钴铝锂性能的方法，其特征在于，所述步骤2)中用去离子水对固形物进行洗涤。
8.根据权利要求1所述的提高锂离子动力电池用氧化镍钴铝锂性能的方法，其特征在于，所述步骤3)中依次用去离子水、乙醇对固形物进行洗涤。
9.根据权利要求1所述的提高锂离子动力电池用氧化镍钴铝锂性能的方法，其特征在于，所述的常压反应釜带有恒温和搅拌装置。
【文档编号】H01M4/525GK104009222SQ201410268800
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】徐宁, 赵明, 吴孟涛, 伏萍萍, 宋英杰 申请人:天津巴莫科技股份有限公司