一种锂离子电池正极材料混锂技术的制作方法
【专利摘要】本发明涉及锂离子电池正极材料【技术领域】，是一种锂离子电池正极材料混锂技术，其按照下述步骤进行：第一步：将三元正极材料前躯体与含锂化合物以摩尔比为1∶0.90至1∶1.25的比例加入到混料器中；第二步：开启混料器，同时由混料器顶部的设备以20L/h至100L/h的速率喷入分散剂。本发明操作简单，工作效率高，对球形颗粒不会出现压馈和磨碎现象，并且混料不会出现分层离析现象，混料精度高得到的三元材料前驱体混锂产物混合均匀，含锂化合物能均匀地分散在三元材料球形颗粒的表面，前躯体球形颗粒形貌保持完好，经焙烧出的三元正极材料电化学性能优异，因此极大地提高了产品质量。
【专利说明】一种锂离子电池正极材料混锂技术
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锂离子电池正极材料【技术领域】，是一种锂离子电池正极材料混锂技术。
【背景技术】
[0002]能源问题是二十一世纪人类面临的共同问题，电能是最方便的一种能源形式。锂离子电池由于质量轻、能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势，成为全球研究开发的热点。同时，电子行业、IT产业、通讯产业等领域对于电源的需求猛增，锂离子电池以其对环境友好、高的能量密度、长的存储寿命以及在各种环境条件下的工作能力，成为便携式电器和电子仪器电源动力的首选。
[0003]锂离子电池正极材料在电池充放电过程中，不仅要提供正负极往复嵌入/脱出所需要的锂，而且还要负担负极材料表面形成SEI膜所需的锂，故正极材料的性能在很大程度上影响着电池的性能，并直接决定着电池成本的高低。因此，研究开发低成本、高容量、热稳定性好的锂离子电池正极材料成为锂离子电池发展的关键因素之一。
[0004]一般说来，锂离子电池正极材料的氧化还原电对通常选用3dn过渡金属，一方面过渡金属存在混合价态，电子导电性比较理想，另一方面不易发生歧化反应。比较有代表性的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)和锰酸锂(LiMnO2),尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)和橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4)。LiCoO2制备成本高，环境污染大，抗过充能力较差；LiNi02比容量较大，但是制备时易生成非化学计量比的产物，结构稳定性和热稳定性差；LiMn02属于热力学亚稳态,结构不稳定,存在Jahn-Teller效应；LiMn204放电比容量较低，且高温循环和储存性能欠佳；LiFeP04导电性能较低，且存在产品一致性差等问题。上述几种正极材料的缺点都制约了材料本身的进一步应用。
[0005]层状L1-N1-Co-Mn-O氧化物可以作为锂离子电池正极材料(简称三元材料)，最早由Liu等在1999年提出，它作为锂离子电池正极材料，具有上述几种材料无法比拟的优势。N1、Co、Mn为同周期相邻元素，因此它们能以任意比例混合形成固溶体并且保持层状结构不变，具有很好的结构互补性和三元协同效应，发展前景良好。
[0006]目前，有关层状L1-N1-Co-Mn-O系列氧化物的制备方法，文献报道的很多，如高温固相法、共沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法等等，这些方法为制备具有优异电化学性能的锂离子电池三元正极材料提供了可能。上述合成方法中，共沉淀法操作简单，工业化过程容易实现。合成出的材料颗粒粒径分布窄，均一化程度高，粒子大小可控。因此，工业化生产目前大多采用共沉淀法。
[0007]共沉淀法制备层状L1-N1-Co-Mn-O系列氧化物的主要步骤包括前躯体的制备、前躯体混锂以及烧结三步。对于三元材料前躯体的制备和烧结这两部分，相关文献报道的较多，技术也比较成熟，而对于前躯体混锂这一部分，却很少有文献报道。在共沉淀法三元材料合成的主要步骤中，前躯体混锂占据中间位置，前躯体与含锂化合物混合的均匀程度，直接影响烧结成品的粒径分布，球形颗粒大小、晶型结构以及球形表面微观形貌，进而影响材料的各项性能指标。长期以来，由于没有一种很好的前躯体混锂技术，造成前躯体混锂均匀程度差，局部锂源集中，导致烧结出的三元正极材料球形颗粒部分缺锂、团聚严重以及球形度保持较差等现象，严重影响成品的质量。
【发明内容】
[0008]本发明提供了一种锂离子电池正极材料混锂技术，克服了上述现有技术之不足，这种技术能解决使用现有前躯体混锂方法导致均匀程度差，局部锂源集中导致烧结出的三元正极材料球形颗粒部分缺锂、团聚严重以及球形度保持较差从而严重影响成品的质量的问题。[0009]本发明的技术方案具体步骤如下:第一步:将三元正极材料前躯体与含锂化合物以摩尔比为1: 0.90至1: 1.25的比例加入到混料器中；第二步:开启混料器，同时从混料器顶部的设备以20_L/h至100_L/h的速率喷入分散剂，分散剂的加入量为前躯体和含锂化合物总重量的0.1至4.5倍；控制混料器内温度在30_°C至100_°C，自传速率50r/min至255_r/min,公转速率lr/min至20r/min,混料时间3h至42h ;第三步:用混料器自带的加热设备在60_°C至120_°C下烘干物料，同时对分散剂进行回收；第四步:开启混料器底部的放料口放出物料。
[0010]以上三元正极材料前躯体为[Ni0.5Co0.2Mn0.3]304>[Nia5Coa2Mna3] (OH)2'[Nii7^ColiZ3MnljZ3] 304、[Ni JZ3Co1Z3Mn1Z3] (OH) 2、[Ni。.8。。0.1Mn0.J 304、[Ni0.8Co0.!Mn0.!] (0H)2、[Nia4Coa2MnciJ3O4' [Nia4Coa2MnaJ (0H)2、[Nia4Coa3MntlJ3O4^P [Nia4Coa3MntlJ (OH)2 中的一种或一种以上的混合物。
[0011]以上含锂化合物为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、草酸锂中的一种或一种以上的混合物。
[0012]以上分散剂为甲醇、乙醇、环已烷、丙酮、正丁醇、异丁醇、乙戊二醇中的一种或一种以上的混合物。
[0013]以上混料器为锥形双螺旋混料器。
[0014]本发明操作简单，工作效率高，对球形颗粒不会出现压馈和磨碎现象，并且混料不会出现分层离析现象，混料精度高得到的三元材料前驱体混锂产物混合均匀，含锂化合物能均匀地分散在三元材料球形颗粒的表面，前躯体球形颗粒形貌保持完好，经焙烧出的三元正极材料电化学性能优异，因此极大地提高了产品质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为通过本发明得到的前躯体混锂产物的扫描电镜照片。
[0016]图2为通过现有干法混锂得到的前躯体混锂产物的扫描电镜照片。
[0017]图3为通过观有球磨混锂得到的前躯体混锂产物的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0018]实施例1:
[0019]用EDTA络合滴定法滴定出前躯体[Nia5Coa2MntlJ (OH)2中金属离子的总含量为63.1%，称取[Nia5Coa2MntlJ (OH)2200千克，按三元正极材料前躯体与碳酸锂(纯度99% )摩尔比1: 1.06配锂，所需碳酸锂86.509千克，打开锥形双螺旋混料器进料口，把称取的[Nia5Coa2MntlJ (OH)2和碳酸锂加入到锥形双螺旋混料器内，封闭锥形双螺旋混料器进料口，开启锥形双螺旋混料器，同时由锥形双螺旋混料器顶部的喷液装置以75L/h的速率加入甲醇，其中甲醇的加入量为[Nia5Coa2MnciJ (OH)2和碳酸锂总重量的0.36倍，锥形双螺旋混料器在主动轴带动下，各轴绕自己的轴线自转的同时，并绕容器作行星运动，物料在锥形双螺旋混料器内部作环向、径向和轴向的三维复杂撞击运动，控制混料温度在60°C，自传速率140r/min，公转速率2.5r/min,混料时间6h。混料结束后由锥形双螺旋混料器自带加热蒸发设备烘干物料，放出三元前躯体混锂目标产物，甲醇回收利用。
[0020]实施例2:
[0021]用EDTA络合滴定法滴定出前躯体[Ni1/3Co1/3Mn1/3]304中金属总含量为73.56%。称取前躯体200千克，按前躯体与碳酸锂(纯度99% )摩尔比1: 1.03配锂，所需碳酸锂为98.310千克，打开双螺旋锥型混料器进料口，把称取的前躯体和碳酸锂加入到混料器内，封闭混料器进料口。开启混料器，同时由混料器顶部的喷液装置以80L/h的速率加入甲醇(加入量为前躯体和含锂化合物总重量的0.38倍)，控制混料温度在60°C，自传速率145r/min，公转速率3.0r/min,,混料时间8h,混料结束后由混料器自带加热蒸发设备烘干物料,放出三元前躯体混锂目标产物，甲醇回收利用。
[0022]实施例3:
[0023]用EDTA络合滴定法滴定出前躯体[Ni1/3Co1/3Mn1/3] 304中金属离子的含量为73.13%，称取前躯体150千克，按前躯体与碳酸锂(纯度99% )摩尔比1: 0.90配锂，所需碳酸锂为67.252千克，打开双螺旋锥型混料器进料口，把称取的前躯体和碳酸锂加入到混料器内，封闭混料器进料口，开启混料器，同时由混料器顶部的喷液装置以64L/h的速率加入甲醇(加入量为前躯体和含锂化合物总重量的0.35倍)，控制混料温度在55°C，自传速率160r/min,公转速率2.0r/min,,混料时间IOh,混料结束后由混料器自带加热蒸发设备烘干物料，放出三元前躯体混锂目标产物，甲醇回收利用。
[0024]实施例4:
[0025]用EDTA锂离子电池正极材料中前躯体混锂制备方法络合滴定法滴定出前驱体[Nia5Coa2MntlJ (OH)2中金属离子的总含量为63.3%，称取前躯体150千克，按前躯体与碳酸锂(纯度99% )摩尔比1: 1.25配锂，所需碳酸锂为80.720千克，打开双螺旋锥型混料器进料口，把称取的前躯体和碳酸锂加入到混料器内，封闭混料器进料口，开启混料器，同时由混料器顶部的喷液装置以70L/h的速率加入甲醇(加入量为前躯体和含锂化合物总重量的0.40倍)，控制混料温度在65°C，自传速率150r/min，公转速率4.0r/min,，混料时间8h，混料结束后由混料器自带加热蒸发设备烘干物料，放出三元前躯体混锂产物，甲醇回收利用。
[0026]在上述实施例中，物料在混料器内部作环向、径向和轴向的三维复杂运动，产生一股强力的交替脉冲运动，具有变化的能量梯度，使混料效果更好；对球形颗粒前躯体不会出现压馈和磨碎现象，并且混合不会产生分层离析现象，混料精度较高；得到的三元材料前驱体混锂产物混合均匀，含锂化合物能均匀地分散在三元材料球形颗粒的表面，前躯体球形颗粒形貌保持完好。
【权利要求】
1.一种锂离子电池正极材料混锂技术，其特征在于按照下述步骤进行:第一步:将三元正极材料前躯体与含锂化合物以摩尔比为1: 0.90至1: 1.25的比例加入到混料器中；第二步:开启混料器，同时由混料器顶部的设备以20L/h至100L/h的速率喷入分散剂，分散剂的加入量为前躯体和含锂化合物总重量的0.1至4.5倍；控制混料器内温度在30°C至10CTC,自传速率50r/min至255r/min,公转速率lr/min至20r/min,混料时间3h至42h ；第三步:用混料器自带的加热设备在60°C至120°C下烘干物料，同时对分散剂进行回收;第四步:开启混料器底部的放料口放出物料。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料混锂技术，其特征在于三元正极材料前躯体为[Nia5Coa2MntlJ3O4' [Nia5Coa2MntlJ (0H)2、[Nil73Col73Mnl73]304> [Nil73Col73Mnl73](OH) 2> [Ni。.SCoaiMna J3CV [Nia8CoaiMnai] (OH) 2、[Nia4Coa2MnaJ3CV [Nia4Coa2Mna4] (OH) 2、[Nia4Coa3MntlJ3O4 和[Nia4Coa3Mna3] (OH)2 中的一种或一种以上的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池正极材料混锂技术，其特征在于含锂化合物为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、草酸锂中的一种或一种以上的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池正极材料混锂技术，其特征在于分散剂为甲醇、乙醇、环已烷、丙酮、正丁醇、异丁醇、乙戊二醇中的一种或一种以上的混合物。
5.根据权利要求3所述的一种锂离子电池正极材料混锂技术，其特征在于分散剂为甲醇、乙醇、环已烷、丙酮、正丁醇、异丁醇、乙戊二醇中的一种或一种以上的混合物。
6.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池正极材料混锂技术，其特征在于混料器为锥形双螺旋混料器。
7.根据权利要求3所述的一种锂离子电池正极材料混锂技术，其特征在于混料器为锥形双螺旋混料器。
8.根据权利要求4所述的一种锂离子电池正极材料混锂技术，其特征在于混料器为锥形双螺旋混料器。
9.根据权利要求5所述的一种锂离子电池正极材料混锂技术，其特征在于混料器为锥形双螺旋混料器。
【文档编号】B01F3/12GK103579586SQ201210274443
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月3日 优先权日:2012年8月3日
【发明者】代丽君, 白艳松, 杨秀康 申请人:北京新星新特科技发展有限公司