一种富锂锰基正极材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种富锂锰基正极材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池因具有高能量、高容量、体积小、重量轻、对环境友好等优点，自商品化以来，已经在移动电话，笔记本电脑，数码相机等便携式电子产品上得到了广泛应用，并正朝向电动汽车，航空航天及军用通讯设备等领域取代传统能源供给，越来越广泛的需求对锂离子电池的温度特性有了更高的要求。在我国北方，电动汽车在冬季通常会遭遇-10°c以下的低温，许多军用设备也要求电源能在-20°c以下工作。而在低温环境，尤其是-20°c以下，锂离子电池的性能要远低于其常温性能。因此，改善锂离子电池的低温特性成为了推动锂离子电池应用和发展的一个重要方向。
[0003]富锂锰基正极材料Li[Li(l-2x)/3NixMn(2-x)/3]02 是 Li2Mn03 与LiN1.5ΜηΟ.502 所形成的固溶体，YoungSH 的文章报道 Li [N1.20Li0.20Μη0.60]02 在
2.0-4.8V，20mA/g充放电下，材料的首次放电比容量达到288mAh/g，高压下呈现出很高的放电比容量，目前已经在江特锂电池材料有限公司实现商品化，该材料还具有循环性能好，是一种很有发展前景的锂离子电池正极材料。
[0004]但是富锂锰基正极材料Li [Li (l-2x) /3NixMn (2_x) /3] 02存在电导率较低，低温性能较差等缺陷，这制约着其在电动汽车及航空航天等领域的应用，因此迫切需要对其进行低温性能改善，进一步推动其应用领域。并且采用化学共沉淀方法先生产前驱物的方法，虽然制备物纯度高，活性好，但易于造成水污染，成本过高。
[0005]有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种富锂锰基正极材料的制备方法，使其更具有产业上的利用价值。
【发明内容】
[0006]为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种采用微波烧成技术，并且添加了对微波敏感物质，使微波加热效率提高，整体能源消耗大幅下降的富锂锰基正极材料的制备方法。
[0007]本发明的富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤:
[0008]1)将锂、镍的氧化物或碳酸盐，与按比例称取的EMD (电解二氧化锰)，在添加锆氧化物的配比中，加少量水进行球磨，并在该浆料体系中加入适量分散剂，使之达到较好的分散效果，且较高的固含量；
[0009]2)将球磨混合好后的浆料直接装入待烧匣钵中，在微波控制加热炉中加热。反应30?60分钟后，停止微波加热，并迅速降温，使待烧成材料形成固熔体。
[0010]进一步的，所述步骤1)中所述的锂盐可以是氧化锂、氢氧化锂、碳酸锂等；镍氧化物可以是氧化镍、碳酸镍、硝酸镍等；锆氧化物可以是氧化锆、氢氧化锆等。
[0011]进一步的，所述步骤1)中所述的比例，按L1: N1: Μη: Zr摩尔比为1.5: 0.3: 0.7: 0.01 ;添加Zr除掺杂改性作用外，主要是对微波加热敏感物质，使微波加热效率大幅提升；
[0012]进一步的，所述步骤1)中加水量为使资料体系固含量控制在85% -95%
[0013]进一步的，所述步骤1)中加所述适量分散剂可以为柠檬酸铵、丙烯酸等，加量为质量比 0.02 ~ 0.2% ；
[0014]进一步的，所述步骤1)中所述球磨时间控制为2?3小时；球体为氧化锆球。
[0015]进一步的，所述步骤1)中所述球磨后的浆料其物质堆积密度高于正常固体材料堆积的密度，物质间隙较小，有利于物质反应发生。
[0016]进一步的，所述步骤2)中所述的微波加热工艺为:首先加热至650度，保温5分钟，然后加热至800-1100度，保温30-60分钟。
[0017]进一步的，所述步骤2)中所述的迅速降温可采用在大气环境下自然降温、通风降温等方式。控制从反应温度降至600度以下的时间为2小时以内。
[0018]借由上述方案，本发明至少具有以下优点:
[0019]1、提供了采用氧化物直接合成富锂锰基正极材料的方法，更环保，更经济。
[0020]2、采用微波烧成技术，并且添加了对微波敏感物质，使微波加热效率提高，整体能源消耗大幅下降。
[0021 ] 3、材料保证高容量同时，其低温性能有所改善。
[0022]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0024]一种富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤:
[0025]1)将锂、镍的氧化物或碳酸盐，与按比例称取的EMD (电解二氧化锰)，在添加锆氧化物的配比中，加少量水进行球磨，并在该浆料体系中加入适量分散剂，使之达到较好的分散效果，且较高的固含量；
[0026]2)将球磨混合好后的浆料直接装入待烧匣钵中，在微波控制加热炉中加热。反应30?60分钟后，停止微波加热，并迅速降温，使待烧成材料形成固熔体。
[0027]进一步的，所述步骤1)中所述的锂盐可以是氧化锂、氢氧化锂、碳酸锂等；镍氧化物可以是氧化镍、碳酸镍、硝酸镍等；锆氧化物可以是氧化锆、氢氧化锆等。
[0028]进一步的，所述步骤1)中所述的比例，按L1: N1: Μη: Zr摩尔比为1.5:
0.3: 0.7: 0.01 ;添加Zr除掺杂改性作用外，主要是对微波加热敏感物质，使微波加热效率大幅提升；
[0029]进一步的，所述步骤1)中加水量为使资料体系固含量控制在85% -95%
[0030]进一步的，所述步骤1)中加所述适量分散剂可以为柠檬酸铵、丙烯酸等，加量为质量比 0.02 ~ 0.2% ；
[0031]进一步的，所述步骤1)中所述球磨时间控制为2?3小时；球体为氧化锆球。
[0032]进一步的，所述步骤1)中所述球磨后的浆料其物质堆积密度高于正常固体材料堆积的密度，物质间隙较小，有利于物质反应发生。
[0033]进一步的，所述步骤2)中所述的微波加热工艺为:首先加热至650度，保温5分钟，然后加热至800-1100度，保温30-60分钟。
[0034]进一步的，所述步骤2)中所述的迅速降温可采用在大气环境下自然降温、通风降温等方式。控制从反应温度降至600度以下的时间为2小时以内。
[0035]实例1
[0036]1、取碳酸锂、氧化镍、二氧化锰及氢氧化锆，按Li: Ni: Μη: Zr摩尔比为
1.5: 0.3: 0.7: 0.01称取相应的重量，加入装有氧化锆球的球磨机中；
[0037]2、按质量比加入上述物料重量15%重量的去离子水，加入总质量比为1%的柠檬酸铵，开动球磨机进行球磨。球磨3小时。得到混合物浆料；
[0038]3、将上述浆料直接加入待烧匣钵中，放置到微波加热炉中进行加热。
[0039]4、升温至650度，保温5分钟，然后升温至1050度，保温40分钟；然后自然降温。即得到富锂锰基固熔体。
[0040]实例2
[0041]1、取碳酸锂、碳酸镍、二氧化锰及氢氧化锆，按Li: Ni: Μη: Zr摩尔比为
1.5: 0.3: 0.7: 0.01称取相应的重量，加入装有氧化锆球的球磨机中；
[0042]2、按质量比加入上述物料重量15%重量的去离子水，加入总质量比为1%的柠檬酸铵，开动球磨机进行球磨。球磨3小时。得到混合物浆料；
[0043]3、将上述浆料直接加入待烧匣钵中，放置到微波加热炉中进行加热。
[0044]4、升温至650度，保温10分钟，然后升温至1000度，保温40分钟；然后自然降温。即得到富锂锰基固熔体。
[0045]以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于:1)将锂、镍的氧化物或碳酸盐，与按比例称取的EMD，在添加锆氧化物的配比中，加少量水进行球磨，并在该浆料体系中加入适量分散剂，使之达到较好的分散效果，且较高的固含量； 2)将球磨混合好后的浆料直接装入待烧匣钵中，在微波控制加热炉中加热。反应30?60分钟后，停止微波加热，并迅速降温，使待烧成材料形成固熔体。2.根据权利要求1所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于:所述步骤1)中所述的锂盐可以是氧化锂、氢氧化锂、碳酸锂等；镍氧化物可以是氧化镍、碳酸镍、硝酸镍等；锆氧化物可以是氧化锆、氢氧化锆等。3.根据权利要求1所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于:所述步骤1)中所述的比例，按Li: Ni: Μη: Zr摩尔比为1.5: 0.3: 0.7: 0.01 ;添加Zr除掺杂改性作用外，主要是对微波加热敏感物质，使微波加热效率大幅提升。4.根据权利要求1所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于:所述步骤1)中加水量为使资料体系固含量控制在85%-95%。5.根据权利要求1所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于:，所述步骤1)中加所述适量分散剂可以为柠檬酸铵、丙烯酸等，加量为质量比0.02?0.2%。6.根据权利要求1所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于:，所述步骤1)中所述球磨时间控制为2?3小时；球体为氧化锆球。7.根据权利要求1所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于:所述步骤1)中所述球磨后的浆料其物质堆积密度高于正常固体材料堆积的密度，物质间隙较小，有利于物质反应发生。8.根据权利要求1所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于:所述步骤2)中所述的微波加热工艺为:首先加热至650度，保温5分钟，然后加热至800-1100度，保温30-60分钟。9.根据权利要求1所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于:所述步骤2)中所述的迅速降温可采用在大气环境下自然降温、通风降温等方式。控制从反应温度降至600度以下的时间为2小时以内。
【专利摘要】本发明涉及一种采用微波烧成技术，并且添加了对微波敏感物质，使微波加热效率提高，整体能源消耗大幅下降的富锂锰基正极材料的制备方法。包括以下步骤：将锂、镍的氧化物或碳酸盐，与按比例称取的EMD(电解二氧化锰)，在添加锆氧化物的配比中，加少量水进行球磨，并在该浆料体系中加入适量分散剂，使之达到较好的分散效果，且较高的固含量；将球磨混合好后的浆料直接装入待烧匣钵中，在微波控制加热炉中加热。反应30～60分钟后，停止微波加热，并迅速降温，使待烧成材料形成固熔体。
【IPC分类】H01M4/525, H01M4/505
【公开号】CN105406054
【申请号】CN201410459105
【发明人】马岩华
【申请人】无锡晶石新型能源有限公司
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2014年9月11日