锂离子电池正极材料的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种工艺简单，成本低廉，可大规模生产，产品性能优良的锂离子电池正极材料的制备方法。包括以下步骤：按照一定的摩尔比称取相应的锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、铝源化合物，放入高速混合机中进行混合，混合方式先低速混合5?10分钟，再高速混合5?15分钟；将初步混合后的原料送入密闭气槽中，原料在密闭气槽内部相互撞击，相互摩擦，得到充分粉碎、混合，使原料得到充分的活化；将高速气流粉碎活化后的原料置于高温隧道炉窑中，氧气气氛下，先以3?5℃/min的速度升至450?550℃保温4?12h，再以8?10℃/min的速度升至700?850℃保温12?24h，制得正极材料粉体，经气流粉碎分级、过筛即得最终合成产品。
【专利说明】
锂离子电池正极材料的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于锂离子电池电极材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池作为一种绿色二次电池，具有重量轻、体积小、放电平台高、容量大、循环寿命长、无记忆效应等优点，已广泛应用于手机、相机、笔记本电脑等移动式电子电器，同时也正越来越多地用于人造卫星、航空航天、电动自行车、电动汽车等领域。
[0003]目前，锂离子电池用正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰酸锂，但这些材料能量密度都有限，固需要开发更高能量密度的LiUxNiyCozAl1 y z02(O X 0.1,
0.7彡y彡0.9，0.1彡z彡0.3)材料来适应市场需求。
[0004]现在LiUxNiyCozAl1 y z02(0 彡 X 彡 0.1，0.7 彡 y 彡 0.9，0.I 彡 z 彡 0.3)的工业化合成通常采用固相合成及液相共沉淀法，共沉淀法是先制备镍钴铝前驱体，再用前驱体与锂盐混合。固相法现有多采用球磨机来对其进行混合，混合时间较长，能耗高，且混合均匀程度大大受到限制，无法达到分子级别的均匀程度，由此需要更高的热处理温度和更长的时间来完成，产品的性能方面也会受到相应的影响，且批次间的稳定性相对较低。液相法虽然可以解决此类问题，但工艺条件复杂，产量较低，成本较高。
[0005]针对以上问题，本发明采用高速气流来对镍源化合物、钴源化合物、铝源化合物、锂源化合物进行冲击，在实现物料均匀快速混合的同时，使混合物得到充分活化，既降低合成温度和缩短合成时间，且所得到的产品均一性好，电化学性能优异。
[0006]有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种锂离子电池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】
[0007]为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种工艺简单，成本低廉，可大规模生产，产品性能优良的锂离子电池正极材料的制备方法。
[0008]本发明的锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤:
[0009]I)按照一定的摩尔比称取相应的锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、铝源化合物，放入高速混合机中进行混合，混合方式先低速混合5-10分钟，再高速混合5-15分钟；
[0010]2)将初步混合后的原料送入密闭气槽中，原料在密闭气槽内部相互撞击，相互摩擦，得到充分粉碎、混合，使原料得到充分的活化；高速气流流速为100-200m/s ；
[0011]3)将高速气流粉碎活化后的原料置于高温隧道炉窑中，氧气气氛下，先以3_5°C /min的速度升至450-550°C保温4-12h，再以8-10°C /min的速度升至700-850°C保温12-24h，制得正极材料粉体，经气流粉碎分级、过筛即得最终合成产品；
[0012]进一步的，根据本发明所述的镍钴铝锂的制备方法，其特征在于，所述镍源化合物、钴源化合物选自为镍、钴的氧化物、硝酸盐、碳酸盐、草酸盐、醋酸盐、氢氧化物；所述铝源化合物为氧化铝或氢氧化铝；所述锂源化合物为碳酸锂或氢氧化锂；所述的密闭气槽是高速气流磨或气流粉碎机，所述气槽上部有旋风集尘器或粉尘收集袋。
[0013]借由上述方案，本发明至少具有以下优点:
[0014]1.采用高速气流来对原料进行的冲击作用，使原料在高速运动的过程中相互碰撞，相互分散，达到充分混合均匀的效果。
[0015]2.在原料相互碰撞相互摩擦的过程中使原料的活性增强了，在烧结过程中促进反应的进行，使其在较低的温度及较短的保温时间下就能达到优良的性能。
[0016]3.工艺过程简单，生产可控制性强，产品性能优良，批次一致性好。
[0017]4.生产成本低，对设备的要求低，操作简单，生产效率高，对环境污染小，适合工业化生产。
[0018]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并配合附图详细说明如后。
【附图说明】
:
[0019]图1为本发明实施例1的产品0.1C下充放电曲线；
[0020]图2为本发明实施例1产品循环曲线；
[0021]图3为本发明实施例1产品XRD图谱。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例，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。
[0023]一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤:
[0024]I)按照一定的摩尔比称取相应的锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、铝源化合物，放入高速混合机中进行混合，混合方式先低速混合5-10分钟，再高速混合5-15分钟；
[0025]2)将初步混合后的原料送入密闭气槽中，原料在密闭气槽内部相互撞击，相互摩擦，得到充分粉碎、混合，使原料得到充分的活化；高速气流流速为100-200m/s ；
[0026]3)将高速气流粉碎活化后的原料置于高温隧道炉窑中，氧气气氛下，先以3_5°C /min的速度升至450-550°C保温4-12h，再以8-10°C /min的速度升至700-850°C保温12-24h，制得正极材料粉体，经气流粉碎分级、过筛即得最终合成产品；
[0027]所述镍源化合物、钴源化合物选自为镍、钴的氧化物、硝酸盐、碳酸盐、草酸盐、醋酸盐、氢氧化物；所述铝源化合物为氧化铝或氢氧化铝；所述锂源化合物为碳酸锂或氢氧化锂；所述的密闭气槽是高速气流磨或气流粉碎机，所述气槽上部有旋风集尘器或粉尘收集袋。
[0028]实例I
[0029]首先按摩尔比例1.06: 0.8: 0.15: 0.05称取碳酸锂、碳酸镍、碳酸钴、氧化铝。将称取后的原料放入高速混合机中，低速混合5分钟，再高速混合15分钟。将初混后的原料通过喷嘴喷入密闭气槽，进气压力1.0Mpa,空气流量12m3/min，进料速度5Kg/min。物料通过旋风集尘器收集。将混合活化后的原料置入电隧道窑中，在氧气气氛中先以5°C /min的速度升至500°C保温8h，再以10°C /min的速度升至780°C保温20h，经气流粉碎分及筛分后得到镍钴铝锂产品。
[0030]如图1-3所示，本实施例制得的镍钴铝锂产品振实密度达到2.25g/cm3,制成2025扣式电池2.75V?4.3V、0.1C下的放电容量达到186.4mAh/g,0.5C下放电容量为172.4mAh/g，循环50次容量保持率为95.6%。
[0031]实例2
[0032]首先按摩尔比例1.05: 0.75: 0.2: 0.05称取氢氧化锂、氢氧化镍、氧化钴、氧化铝。将称取后的原料放入高速混合机中，低速混合10分钟，再高速混合10分钟。将初混后的原料通过喷嘴喷入密闭气槽，进气压力0.8Mpa，空气流量10m3/min，进料速度4Kg/min。物料通过旋风集尘器收集。将混合活化后的原料置入电隧道窑中，在氧气气氛中先以50C /min的速度升至550°C保温6h，再以8°C /min的速度升至820°C保温16h，经气流粉碎分及筛分后得到镍钴铝锂产品。
[0033]本实施例制得的镍钴铝锂产品振实密度达到2.31g/cm3，制成2025扣式电池2.75V?4.3V、0.1C下的放电容量达至Ij 181.3mAh/g，循环50次容量保持率为90.6%0
[0034]实例3
[0035]首先按摩尔比例1.04: 0.7: 0.25: 0.05称取碳酸锂、碳酸镍、氧化钴、氢氧化铝。将称取后的原料放入高速混合机中，低速混合10分钟，再高速混合15分钟。将初混后的原料通过喷嘴喷入密闭气槽，进气压力0.8Mpa，空气流量10m3/min，进料速度3.5Kg/min。物料通过旋风集尘器收集。将混合活化后的原料置入电隧道窑中，在氧气气氛中先以50C /min的速度升至480°C保温12h，再以10°C /min的速度升至850°C保温14h，经气流粉碎分及筛分后得到镍钴铝锂产品。
[0036]本实施例制得的镍钴铝锂产品振实密度达到2.30g/cm3,制成2025扣式电池
2.75V?4.3V、0.1C下的放电容量达至Ij 179.6mAh/g，循环50次容量保持率为91.3%0
[0037]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】
1.一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)按照一定的摩尔比称取相应的锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、铝源化合物，放入高速混合机中进行混合，混合方式先低速混合5-10分钟，再高速混合5-15分钟； 2)将初步混合后的原料送入密闭气槽中，原料在密闭气槽内部相互撞击，相互摩擦，得到充分粉碎、混合，使原料得到充分的活化；高速气流流速为100-200m/s ； 3)将高速气流粉碎活化后的原料置于高温隧道炉窑中，氧气气氛下，先以3-5°C/min的速度升至450-550°C保温4-12h，再以8-10°C /min的速度升至700-850°C保温12_24h，制得正极材料粉体，经气流粉碎分级、过筛即得最终合成产品。2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于:所述镍源化合物、钴源化合物选自为镍、钴的氧化物、硝酸盐、碳酸盐、草酸盐、醋酸盐、氢氧化物；所述铝源化合物为氧化铝或氢氧化铝；所述锂源化合物为碳酸锂或氢氧化锂；所述的密闭气槽是高速气流磨或气流粉碎机，所述气槽上部有旋风集尘器或粉尘收集袋。
【文档编号】H01M4/505GK105895898SQ201410459102
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年9月11日
【发明人】钱飞鹏
【申请人】无锡晶石新型能源有限公司