一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法。
【背景技术】
[0002]锂离子二次电池具有比容量高、工作电压高、工作温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、无记忆效应、无污染、重量轻、安全性能好等有点，因而广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑等移动设备。随着科技的发展，产品大都趋于便携化、经济化，这就要求锂离子电池产品要向高能量密度方向发展。
[0003]目前广泛应用的钴酸锂存在资源短缺、价格昂贵等缺点，而且钴酸锂进一步提高能量密度的空间有限。层状三元材料(LiNixCoyMn(1—x—y)02)尤其是高镍层状三元材料，具有容量高，循环性能稳定，价格便宜等优点。目前通用的三元材料烧结工艺一般是整个烧结过程采用空气或者空气、氧气混合气进行气氛烧结，但是层状三元材料由于其自身结构的原因，在普通的烧结制备工艺下，层状结构中容易夹杂着一些尖晶石结构等杂质相;尤其是层状高镍三元材料，在高温烧结过程中，不仅容易生成其他杂质相，更是容易出现Ni和Li元素的阳离子混排，严重影响三元材料的放电容量和循环性能，极大的限制了层状三元材料在锂离子电池中的应用。
【发明内容】
[0004]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法。
[0005]本发明的目的是提供一种工艺简单，操作方便，有利于生成纯相结构的层状三元材料，避免阳离子混排的现象发生，从而提高三元材料的电化学性能等特点的分段式气氛烧结制备三元材料的方法。
[0006]本发明提供一种三元材料的分段式气氛烧结制备工艺方法，不仅可以去除层状结构三元材料内尖晶石相和岩盐相结构，而且可以降低层状高镍三元材料烧结制备过程中出现的阳离子混排。
[0007]本发明分段式气氛烧结制备三元材料的方法所采取的技术方案是:
[0008]一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特征是:分段式气氛烧结制备三元材料的工艺过程:
[0009](1)按照1^1+2祖<0#11(1^)02组份，以摩尔量1^:]\^(]\^ =附+]\111+(:0)=0.95-1.2的配比，称取三元材料前驱体、锂源，混合形成配锂混合物；
[0010](2)前驱体配锂混合物置于烧结炉中进行分段烧结，第一段烧结首先通入惰性气体，升温至400-600°C保温2-6h，然后升温至750-950°C保温4-8h，保温结束后，通入空气或者氧气气氛，在750-950°C保温5-20h，保温结束后，随炉冷却；
[0011](3)烧结产物，采用气流粉碎机破碎分级、过筛得到正极材料产品。
[0012]本发明分段式气氛烧结制备三元材料的方法还可以采用如下技术方案:
[0013]所述的分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特点是:三元材料前驱体为镍钴锰共沉淀化合物、镍钴锰金属硫酸盐、硝酸盐中的一种或几种混合物。
[0014]所述的分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特点是:
[0015]三元材料前驱体为NixCoyMn(1—x—y)(0H)2、NixCoyMn(1—x—y)C03中的一种或两种混合物。
[0016]所述的分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特点是:步骤(2)分段烧结，在同一个气氛炉中一步完成，或在不同气氛炉先进行惰性气氛烧结，冷却后再进行空气或者氧气气氛烧结。
[0017]所述的分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特点是:三元材料前驱体、锂源，置于600_1000rpm高速混料机中混合l_5h，混合形成配锂混合物。
[0018]本发明具有的优点和积极效果是:
[0019]分段式气氛烧结制备三元材料的方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明通过将层状三元材料(LiNixCoyMn(1-x-y)02)进行分段气氛烧结，将阳离子在材料结构中的嵌入和材料内氧的扩散步骤分开进行，有利于三元材料(LiNixCoyMn(1-x-y:i02)合成过程中，材料晶格结构骨架的重建以及各种金属阳离子的排列，有利于生成纯相结构的层状三元材料，避免阳离子混排的现象发生，从而提高三元材料的电化学性能。
【附图说明】
[0020]图1是实施例3中分段式气氛烧结工艺(A)和普通工艺(B)的三元材料的XRD图谱对比；
[0021]图2是实施例3中分段式气氛烧结工艺和普通工艺的三元材料的循环性能对比。
[0022]由图1可见，分段式气氛烧结工艺制备的622三元材料(006)、(102)，(108)、(110)分裂更加明显，且相更加纯净，说明分段式气氛烧结工艺制备的622三元材料相比普通烧结工艺制备的622三元材料，层状结构更好，阳离子混排程度小。
【具体实施方式】
[0023]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0024]参阅附图1和图2。
[0025]实施例1
[0026]一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其制备工艺过程如下:
[0027]⑴称取2kgNiQ.5CoQ.2Mn().3(OH)2前驱体材料粉末，按照摩尔量L1:Me(Me = Ni+Mn+Μ) = 1.1的配比称取887.2g碳酸锂，然后加入到高速混合机中混合2h;
[0028]⑵将混合均匀的前驱体配锂混合物置于气氛烧结炉中进行分段烧结，首先通入氮气气氛，然后以5°C/min升温速率，升温至450°C保温3h，然后以5°C/min升温至850°C保温5h，然后切断氮气气氛，通入空气气氛，同时以5°C/min升温至930°C保温15h进行烧结，保温结束后，随炉冷却；
[0029]⑶将步骤(2)中的得到的烧结产物，进气流粉碎机进行破碎分级，然后过筛得到层状三元材料(LiNixCoyMn(1—x—y)02)产品。
[0030] 实施例2
[0031 ] 一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其制备工艺过程如下:
[0032]⑴称取2kgNiQ.5CoQ.2Mn().3(OH)2前驱体材料粉末，按照摩尔量L1:Me(Me = Ni+Mn+Co) = 1.05的配比称取846.8g碳酸锂，然后加入到高速混合机中混合3h;
[0033]⑵将混合均匀的前驱体配锂混合物置于气氛烧结炉中进行分段烧结，首先通入氮气气氛，然后以5°C/min升温速率，升温至450°C保温3h，然后以5°C/min升温至850°C保温5h，然后随炉冷却至室温，将烧结后产品取出，置于空气气氛炉中，通入空气气氛，然后以5°C/min升温至950°C保温15h进行烧结，保温结束后，随炉冷却；
[0034]⑶将步骤(2)中的得到的烧结产物，进气流粉碎机进行破碎分级，然后过筛得到层状三元材料(LiNixCoyMn(1—x—y)02)产品。
[0035]实施例3
[0036]一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其制备工艺过程如下:
[0037]⑴称取2kgNiQ.6CoQ.2Mn().2(0H)2前驱体材料粉末，按照摩尔量L1:Me(Me = Ni+Mn+Μ) = 1.1的配比称取885.7g碳酸锂，然后加入到高速混合机中混合2h;
[0038]⑵将混合均匀的前驱体配锂混合物置于气氛烧结炉中进行分段烧结，首先通入氮气气氛，然后以5°C/min升温速率，升温至450°C保温3h，然后以5°C/min升温至850°C保温5h，然后切断氮气气氛，通入氧气气氛，同时以5°C/min升温至930°C保温15h进行烧结，保温结束后，随炉冷却；
[0039]⑶将步骤(2)中的得到的烧结产物，进气流粉碎机进行破碎分级，然后过筛得到层状三元材料(LiNixCoyMn(1—x—y)02)产品。
[0040]本实施例具有所述的工艺简单，操作方便，有利于生成纯相结构的层状三元材料，避免阳离子混排的现象发生，从而提高三元材料的电化学性能等积极效果。
【主权项】
1.一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特征是:分段式气氛烧结制备三元材料的工艺过程: (1)按照1^1+2祖<0#11(1^)02组份，以摩尔量1^:]^(]^=附+]\111+(:0)=0.95-1.2的配比，称取三元材料前驱体、锂源，混合形成配锂混合物； (2)前驱体配锂混合物置于烧结炉中进行分段烧结，第一段烧结首先通入惰性气体，升温至400-600°C保温2-6h，然后升温至750-950°C保温4-8h，保温结束后，通入空气或者氧气气氛，在750-950°C保温5-20h，保温结束后，随炉冷却； (3)烧结产物，采用气流粉碎机破碎分级、过筛得到正极材料产品。2.根据权利要求1所述的分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特征是:三元材料前驱体为镍钴锰共沉淀化合物、镍钴锰金属硫酸盐、硝酸盐中的一种或几种混合物。3.根据权利要求2所述的分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特征是:三元材料前驱体为 NixCoyMn(1—x—y)(OH)2、NixCoyMn(px—y)C03 中的一种或两种混合物。4.根据权利要求1、2或3所述的分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特征是:步骤(2)分段烧结，在同一个气氛炉中一步完成，或在不同气氛炉先进行惰性气氛烧结，冷却后再进行空气或者氧气气氛烧结。5.根据权利要求1、2或3所述的分段式气氛烧结制备三元材料的方法，其特征是:三元材料前驱体、锂源，置于600-1 OOOrpm高速混料机中混合1-5h，混合形成配锂混合物。
【专利摘要】本发明涉及一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法。本发明属于锂离子电池技术领域。一种分段式气氛烧结制备三元材料的方法，工艺过程：(1)按照Li1+zNixCoyMn(1-x-y)O2组份，以摩尔量Li：Me(Me＝Ni+Mn+Co)＝0.95-1.2的配比，称取三元材料前驱体、锂源，混合形成配锂混合物；(2)前驱体配锂混合物置于烧结炉中进行分段烧结，第一段烧结首先通入惰性气体，升温至400-600℃保温2-6h，然后升温至750-950℃保温4-8h，保温结束后，通入空气或者氧气气氛，在750-950℃保温5-20h，保温结束后，随炉冷却；(3)烧结产物，采用气流粉碎机破碎分级、过筛得到正极材料产品。本发明具有工艺简单，有利于生成纯相结构的层状三元材料，避免阳离子混排的现象发生，从而提高三元材料的电化学性能等优点。
【IPC分类】H01M10/0525, C04B35/64, H01M4/525, H01M4/505
【公开号】CN105449190
【申请号】CN201510956544
【发明人】樊勇利
【申请人】中国电子科技集团公司第十八研究所
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月17日