一种镍锰酸锂制造工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池制造领域，尤其涉及一种镍锰酸锂制造工艺。
【背景技术】
[0002]锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N.Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。
[0003]锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。
[0004]LiNill5Mr^5O4正极材料具有独特近5V的高电压平台，尤其是具有Fd3m空间群结构的材料表现出较高的放电容量和倍率性能，故可以赋予电池更高的工作电压、能量和功率密度。结合其良好的热稳定性，LiNia5Mr^5O4成为下一代最有前景的锂离子电池正极材料之一，但是此材料较显著的容量衰减阻止了其商业化的进程。材料容量衰减原因主要包括:
O电池体系中电解液的稳定性目前通用的电解质盐，对水非常敏感，容易发生分解生成HF。电解质盐的分解会影响锂离子在电解液中的迀移速率，从而造成电化学性能降低；
2)正极材料对电解质盐的氧化分解=LiNia5Mr^5O4M料在充电态下，高度脱锂状态的尖晶石材料存在高浓度、强氧化性的Ni4+离子，他们会在电极表面持续的氧化分解电解液，形成HF ;
3)HF对正极材料的腐蚀以及金属离子的溶解:上述电解液的自身分解和氧化分解产物HF会腐蚀电极材料，使得镍和锰离子从正极材料中溶解到电解液中，从而造成材料结构的破坏以及放电容量的衰减；
4)固体电解质膜(SEI)的形成:SEI膜是绝缘且对锂离子高度排斥的，阻碍锂离子在电极表面的脱嵌和电子的传递。随循环次数的增加，材料的可逆嵌锂量将会逐渐减少，终导致严重的容量衰减。
[0005]综上所述，本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题:
在现有技术中，现有的锂电池LiNill5Mr^5O4正极材料存在材料容量容易衰减的技术问题。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种镍锰酸锂制造工艺，解决了现有的锂电池LiNia5Mr^5O4正极材料存在材料容量容易衰减的技术问题，实现了锂电池LiNia5Mr^5O4E极材料容量不容易衰减的技术效果。
[0007]为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种镍锰酸锂制造工艺，所述工艺包括:
步骤1:将镍源、猛源、聚成剂共同沉淀合成LiNia5Mnh5Oz^前躯体；
步骤2:将步骤I得到的前躯体进行洗涤后添加锂源、掺杂剂和有机介质制备成稳定浆料；
步骤3:将步骤2的浆料通过雾化干燥得到的粉末进行焙烧处理得到初烧样品；
步骤4:将步骤3得到的初烧样品进行渗透掺杂改性，焙烧筛分得到LiNia末。
[0008]进一步的，将镍源、锰源、聚成剂共同混合，并添加预设聚沉剂沉淀合成LiNia前躯体，所述预设聚沉剂为:聚丙稀酰胺或聚乙二醇。
[0009]进一步的，所述步骤2中添加掺杂剂为分别采用金属离子和F-以及阴阳离子配合掺杂改性，所述金属离子包括:Co2+、Fe' Al3+O
[0010]进一步的，所述步骤2中的有机介质为有机碳源，通过碳包覆的方法对LiNia J1Mn1.504材料进行改性。
[0011]进一步的，所述步骤4中渗透掺杂采用硝酸锌和硝酸铝进行。
[0012]进一步的，所述步骤3和所述步骤4中的焙烧温度均为850度，焙烧时间均为7小时。
[0013]本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点: 实现了锂电池LiNia5Mnh5O4正极材料容量不容易衰减的技术效果。
【附图说明】
[0014]图1是本申请实施例中镍锰酸锂制造工艺的流程示意图。
【具体实施方式】
[0015]本发明提供了一种镍锰酸锂制造工艺，解决了现有的锂电池LiNia5Mr^5O4正极材料存在材料容量容易衰减的技术问题，实现了锂电池LiNia5Mr^5O4E极材料容量不容易衰减的技术效果。
[0016]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0017]下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0018]实施例1:
本申请拟开发高品质锂离子电池5V正极材料LiNia5Mr^5O4的新工艺和新改性技术。通过研究共沉淀法合成LiNia5MnuOj^前躯体的条件、常规掺杂改性和渗透掺杂改性、碳包覆改性对材料电化学性能的影响以及烧结温度和烧结时间等工艺参数的优化，开发高电压和高能量密度的锂离子电池用LiNia5MnuO4正极材料的新技术。利用该工艺生产的LiNia J1Mr^5O4正极材料粉末可达到以下性能指标:(I)制得的LiNi I5Mr^5O4粉末晶体机构为立方尖晶石型结构、无杂质相。粉末的结晶性能及分散性较好，平均粒径小于3μπι ; (2)产品扣式电池(2032，vs.Li+)在0.2C, 1C, 5C电流密度下放电，其首次放电容量不小于135mAh/g，120mAh/g，105mAh/g ；(3)在0.2C条件下，50次循环后，放电容量不小于最大容量的90%。
[0019](I)研究共沉淀法合成LiNia5MnuO4的前躯体的条件，并通过添加合适的聚沉剂，例如聚丙烯酰胺、聚乙二醇等提高反应速度并为制备高振实密度的LiNia5MnuO4粉末提供条件；
(2)研究常规掺杂改性对LiNia5MnuO4材料物理化学性质和电化学性能的影响，分别采用Co' Fe' Al3+等金属离子和F-以及阴阳离子配合掺杂改性；
(3)通过碳包覆的方法对LiNia5Mr^5O4M料进行改性，研究不同有机碳源对LiNia5MnuO4的循环和倍率性能的影响；(4)研究渗透掺杂改性对LiNi a5Mn1.504#料物理化学性质和电化学性能的影响，主要采用硝酸锌和硝酸铝；(5)研究烧结温度和烧结时间等工艺参数对LiNia5MnuO4材料物理化学性质和电化学性能的影响。
[0020]为解决尖晶石型5V正极材料LiNia5Mnh5O4容量衰减的问题，除通过改善其制备方法、优化制备工艺提高正极材料的结晶度和结构稳定性外，掺杂和包覆改性是被普遍采用的有效解决方法。因此，本申请的技术关键在于:(I)共沉淀法合成LiNia5MnuO^前躯体的条件的探索及聚沉剂的选择的确定；
(2)常规掺杂改性技术的掺杂金属离子和F-以及阴阳离子配合的选择的确定；
(3)碳包覆改性中有机碳源的选择的确定；
(4)渗透掺杂改性中掺杂剂的选择的确定；
(5)合适的焙烧温度制度的确定。
[0021]本申请采用共沉淀法合成LiNia5MnuOj^前躯体，再添加锂源、掺杂剂和有机介质制备成稳定浆料，通过雾化干燥得到的粉末进行焙烧处理，筛分得到LiNia5Mn1.504m末，或者采用共沉淀法合成LiNia5MnuOj^前躯体，再添加锂源和有机介质制备成稳定浆料，通过雾化干燥得到的粉末进行焙烧处理，得到的粉末进行渗透掺杂改性，焙烧筛分得到LiNia5MnuO4粉末。该技术通过溶液方式将各种原辅材料和相应的添加助剂混合均匀，保证各组分元素可以达到分子、离子级别的均匀程度，最终得到反应完全、组分均一的高质量LiNia5Mr^5O4粉末。其工艺流程如图1所示。
[0022]上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点:
实现了锂电池LiNia5Mnh5O4正极材料容量不容易衰减的技术效果。
[0023]尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0024]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种镍锰酸锂制造工艺，其特征在于，所述工艺包括: 步骤1:将镍源、猛源、聚成剂共同沉淀合成LiNia5Mnh5Oz^前躯体； 步骤2:将步骤I得到的前躯体进行洗涤后添加锂源、掺杂剂和有机介质制备成稳定浆料； 步骤3:将步骤2的浆料通过雾化干燥得到的粉末进行焙烧处理得到初烧样品； 步骤4:将步骤3得到的初烧样品进行渗透掺杂改性，焙烧筛分得到LiNia末。2.根据权利要求1所述的镍锰酸锂制造工艺，其特征在于，将镍源、锰源、聚成剂共同混合，并添加预设聚沉剂沉淀合成LiNia5MnuOd^前躯体，所述预设聚沉剂为:聚丙烯酰胺或聚乙二醇。3.根据权利要求1所述的镍锰酸锂制造工艺，其特征在于，所述步骤2中添加掺杂剂为分别采用金属离子和F-以及阴阳离子配合掺杂改性，所述金属离子包括:Co2+、Fe3+、Al3+。4.根据权利要求1所述的镍锰酸锂制造工艺，其特征在于，所述步骤2中的有机介质为有机碳源，通过碳包覆的方法对LiNia5Mr^5O4M料进行改性。5.根据权利要求1所述的镍锰酸锂制造工艺，其特征在于，所述步骤4中渗透掺杂采用硝酸锌和硝酸铝进行。6.根据权利要求1所述的镍锰酸锂制造工艺，其特征在于，所述步骤3和所述步骤4中的焙烧温度均为850度，焙烧时间均为7小时。
【专利摘要】本发明公开了一种镍锰酸锂制造工艺，所述工艺包括：步骤1：将镍源、锰源、聚成剂共同沉淀合成LiNi0.5Mn1.5O4的前躯体；步骤2：将步骤1得到的前躯体进行洗涤后添加锂源、掺杂剂和有机介质制备成稳定浆料；步骤3：将步骤2的浆料通过雾化干燥得到的粉末进行焙烧处理得到初烧样品；步骤4：将步骤3得到的初烧样品进行渗透掺杂改性，焙烧筛分得到LiNi0.5Mn1.5O4粉末，实现了锂电池LiNi0.5Mn1.5O4正极材料容量不容易衰减的技术效果。
【IPC分类】H01M4/505, H01M4/525
【公开号】CN105226269
【申请号】CN201510678222
【发明人】黄小丽, 岳波, 向中林, 李延俊, 周俊杰, 张航
【申请人】四川科能锂电有限公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月20日