专利名称：一种球形镍锰二元材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及锂离子电池材料领域，特别涉及一种球形镍锰二元材料的制备方法。
背景技术：
自层状结构钴酸锂做正极材料制作的电池投入市场以来，锂离子电池在各个领域日益显示出重要性，电池材料快速发展，相继出现各种特性的锂离子电池材料。如锰酸锂、镍酸锂、镍钴酸锂、磷酸亚铁锂、镍钴锰三元材料等。人们对锂离子电池的要求也越来越高，人们需要使用价格低、尺寸更小、循环寿命更长、重量更轻的锂离子电池。而目前现有的锂离子电池材料无法同时满足以上性能，只有镍酸锂能满足以上大部分的要求。由于镍的价格相对较高，无法满足人们对价格低的要求。因此本发明中将锰取代了部分的镍，制备出的球形镍锰二元材料不但具备了镍酸锂所具有的突出性能，而且由于锰的加入提高了正极材料的安全性和稳定性，也降低了的成本。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种工艺流程简单，反应易于控制、球形度较好，振实密度高，循环寿命长，安全性能好且适合连续式工业化生产的球形镍锰二元材料的制备方法。本发明采用的技术方案如下:
一种球形镍锰二元材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
①、以纯水为底液，温度设定为40 80V’控制搅拌转速为100 250 r/min,加入络合剂溶液和氢氧化钠溶液调节底液碱度至25 45 g/1, pH值为10.5 12.0 ;
②、将镍盐和锰盐溶解成混合水溶液，混合均匀后总金属离子浓度控制为0.5 2.0mol/1，再将氢氧化钠溶液、络合剂溶液和混合水溶液一起连续并流泵入底液中，40 80°C发生沉淀反应，控制搅拌转速为100 250 r/min，控制反应体系的碱度、pH值以及料浆固含量，使反应物产生晶核，晶核生长为球形颗粒，反应料液由反应釜上部溢流口连续流出进入陈化釜，经洗涤压滤机洗涤和真空干燥机干燥，得到球形镍锰氢氧化物；
③、将球形镍锰氢氧化物和锂源混匀，在通氧条件下高温煅烧，煅烧后经研磨后得到球形镍猛二元材料。优选地，所述镍盐为硫酸镍、氯化镍或硝酸镍；所述锰盐为硫酸锰、氯化锰或硝酸猛。进一步，所述镍盐、锰盐的摩尔比为60 90:10 40。优选地，所述络合剂溶液为浓度为5 25%的氨水或铵盐溶液。优选地，所述氢氧化钠溶液的浓度为10 30%。进一步，控制反应体系pH值为10.5 12.0，碱度为25 45 g/1，料浆固含量为100 300 g/1。
进一步，反应料液经洗涤压滤机压滤洗涤后的热去离子水pH值控制为7.5 8.5，真空干燥机温度控制为90 110 °C。进一步，球形镍锰氢氧化物与锂源的摩尔比为1.02 1.08:1，锂源为电池级碳酸锂、氢氧化锂或硝酸锂中的一种或多种。进一步，通氧条件下高温煅烧的温度控制为750 950 °C，煅烧时间为12 25 h。较为完善的是，所述球形镍锰二元材料的振实密度为2.0 2.8 g/cm3,粒度为5 25 u m0本发明制备的球形镍锰二元材料，具有电压高，球形度较好，振实密度高，循环寿命长，安全性能好。另外，本发明对合成设备要求低、工艺流程简单，反应易于控制，生产效率高，烧结工艺较简单，适合连续式工业化生产，具有很广阔的发展前景，市场潜力较大。
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。图1是本发明实施例1制备产品的电镜图。
具体实施例方式实施例1
①、以纯水为底液，温度设定为60 °C，控制搅拌转速为145 155 r/min，加入10%的氨水(体积百分含量，下同)和浓度为20% (重量百分含量，下同)的氢氧化钠溶液调节底液碱度至30 g/l，pH值为10.5 11.0。②、将硫酸镍和氯化锰按摩尔比为4:1溶解成混合水溶液，混合均匀后总金属离子浓度控制为I mol/1。再将浓度为20%的氢氧化钠溶液、10%的氨水和混合水溶液一起连续并流泵入底液中，60 °C发生沉淀反应，控制搅拌转速为145 155 r/min，控制反应体系的碱度为28 32 g/l、pH值为10.5 11.0，料浆固含量为140 160 g/1。使反应物产生晶核，晶核生长为球形颗粒，反应料液由反应爸上部溢流口连续流出进入陈化釜，经洗涤压滤机洗涤和真空干燥机干燥，从而得到球形镍锰氢氧化物。压滤洗涤后的热去离子水PH值控制为7.5 8.0，真空干燥机温度控制为90 100 °C。③、将球形镍锰氢氧化物和硝酸锂按摩尔比为1.02:1混匀，在通氧条件下高温煅烧，高温煅烧的温度控制为740 760 °C，煅烧时间为12 h，煅烧后经研磨后得到的球形镍锰二元材料的振实密度为2.0 2.2 g/cm3，粒度为5 15 Um0请参阅图1，此球形镍锰二元材料，球形度好，振实密度高。实施例2
①、以纯水为底液，温度设定为70 °C，控制搅拌转速为195 205 r/min，加入15%的铵盐溶液(重量百分含量，下同)和浓度为25%的氢氧化钠溶液调节底液碱度至35 g/1, pH值为11.0 11.5。②、将硝酸镍和硫酸锰按摩尔比为7:3溶解成混合水溶液，混合均匀后总金属离子浓度控制为1.5 mol/1。再将浓度为25%的氢氧化钠溶液、15%的铵盐溶液和混合水溶液一起连续并流泵入底液中，70 °C发生沉淀反应，控制搅拌转速为195 205 r/min，控制反应体系的碱度为33 37 g/l、pH值为11.0 11.5，料浆固含量为190 210 g/1。使反应物产生晶核，晶核生长为球形颗粒，反应料液由反应釜上部溢流口连续流出进入陈化釜，经洗涤压滤机洗涤和真空干燥机干燥，从而得到球形镍锰氢氧化物。压滤洗涤后的热去离子水PH值控制为7.5 8.5，真空干燥机温度控制为95 105 °C。③、将球形镍锰氢氧化物和氢氧化锂按摩尔比为1.07:1混匀，在通氧条件下高温煅烧，高温煅烧的温度控制为840 860 °C，煅烧时间为18 h，煅烧后经研磨后得到的球形镍锰二元材料的振实密度为2.3 2.5 g/cm3，粒度为8 16 Um0实施例3
①、以纯水为底液，温度设定为75 V，控制搅拌转速为235 245 r/min,加入15%的铵盐溶液和浓度为25%的氢氧化钠溶液调节底液碱度至40 g/1, pH值为11.2 11.7。②、将硝酸镍和氯化锰按摩尔比为3:2溶解成混合水溶液，混合均匀后总金属离子浓度控制为1.5 mol/1。再将浓度为25%的氢氧化钠溶液、15%的铵盐溶液和混合水溶液一起连续并流泵入底液中，75 °C发生沉淀反应，控制搅拌转速为235 245 r/min，控制反应体系的碱度为38 42 g/1、pH值为11.2 11.7，料浆固含量为235 245 g/1。使反应物产生晶核，晶核生长为球形颗粒，反应料液由反应爸上部溢流口连续流出进入陈化釜，经洗涤压滤机洗涤和真空干燥机干燥，从而得到球形镍锰氢氧化物。压滤洗涤后的热去离子水PH值控制为8.0 9.0，真空干燥机温度控制为100 110 °C。③、将球形镍锰氢氧化物和电池级碳酸锂按摩尔比为1.05:1混匀，在通氧条件下高温煅烧，高温煅烧的温度控制为890 910 °C，煅烧时间为20 h，煅烧后经研磨后得到的球形镍锰二元材料的振实密度为2.4 2.7 g/cm3，粒度为10 25 u m。以上内容仅仅是对本发明构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种球形镍锰二元材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: ①、以纯水为底液，温度设定为40 80V’控制搅拌转速为100 250 r/min,加入络合剂溶液和氢氧化钠溶液调节底液碱度至25 45 g/1，pH值为10.5 12.0 ; ②、将镍盐和锰盐溶解成混合水溶液，混合均匀后总金属离子浓度控制为0.5 2.0mol/1，再将氢氧化钠溶液、络合剂溶液和混合水溶液一起连续并流泵入底液中，40 80°C发生沉淀反应，控制搅拌转速为100 250 r/min，控制反应体系的碱度、pH值以及料浆固含量，使反应物产生晶核，晶核生长为球形颗粒，反应料液由反应釜上部溢流口连续流出进入陈化釜，经洗涤压滤机洗涤和真空干燥机干燥，得到球形镍锰氢氧化物； ③、将球形镍锰氢氧化物和锂源混匀，在通氧条件下高温煅烧，煅烧后经研磨后得到球形镍猛二元材料。
2.根据权利要求1所述的一种球形镍锰二元材料的制备方法，其特征在于，所述镍盐为硫酸镍、氯化镍或硝酸镍；所述锰盐为硫酸锰、氯化锰或硝酸锰。
3.根据权利要求1所述的一种球形镍锰二元材料的制备方法，其特征在于，所述镍盐、锰盐的摩尔比为60 90:10 40。
4.根据权利要求1所述的一种球形镍锰二元材料的制备方法，其特征在于，所述络合剂溶液为浓度为5 25%的氨水或铵盐溶液。
5.根据权利要求1所述的一种球形镍锰二元材料的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的浓度为10 30%。
6.根据权利要求1所述的一种球形镍锰二元材料的制备方法，其特征在于，控制反应体系pH值为10.5 12.0，碱度为25 45 g/1，料浆固含量为100 300 g/1。
7.根据权利要求1所述的一种球形镍锰二元材料的制备方法，其特征在于，反应料液经洗涤压滤机压滤洗涤后的热去离子水PH值控制为7.5 8.5，真空干燥机温度控制为90 110。。。
8.根据权利要求1所述的一种球形镍锰二元材料的制备方法，其特征在于，球形镍锰氢氧化物与锂源的摩尔比为1.02 1.08:1，锂源为电池级碳酸锂、氢氧化锂或硝酸锂中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种球形镍锰二元材料的制备方法，其特征在于，通氧条件下高温煅烧的温度控制为750 950 °C，煅烧时间为12 25 h。
10.根据权利要求1 9任一项所述的一种球形镍锰二元材料的制备方法，其特征在于，所述球形镍锰二元材料的振实密度为2.0 2.8 g/cm3,粒度为5 25 Um0
全文摘要
本发明涉及锂离子电池材料领域，特别涉及一种球形镍锰二元材料的制备方法。将氢氧化钠溶液、络合剂溶液、镍盐和锰盐的混合水溶液一起连续并流泵入底液中，发生沉淀反应，控制搅拌转速、反应体系的碱度及pH值等，使反应物产生晶核，晶核生长为球形颗粒，反应料液由反应釜上部溢流口连续流出进入陈化釜，经洗涤干燥，得到球形镍锰氢氧化物；将球形镍锰氢氧化物和锂源混匀，在通氧条件下高温煅烧，煅烧后经研磨后得到球形镍锰二元材料。具有电压高，球形度较好，振实密度高，循环寿命长，安全性能好。另外，对合成设备要求低、工艺流程简单，反应易于控制，生产效率高，烧结工艺较简单，适合连续式工业化生产，具有很广阔的发展前景，市场潜力较大。
文档编号H01M4/525GK103165878SQ20131009669
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月25日 优先权日2013年3月25日
发明者孙朝军, 孙卫华, 李世辉 申请人:安徽亚兰德新能源材料股份有限公司