[發明專利]制備細晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧的方法

無效

• 申請號: 201010147456.2
• 申請日: 2010-04-01
• 公開（公告）號: CN101800308A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 劉寶峰;劉恒;楊勇
• 申請（專利權）人: 無錫萬達金屬粉末有限公司
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M4/48
• 代理公司: 總裝工程兵科研一所專利服務中心 32002
• 代理人: 郭豐海

技術領域

本發明涉及一種制備電池正極材料的方法。具體說，是一種替代鈷酸鋰的鋰電池正極材料的細晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧的制備方法。

背景技術

在電池生產行業都知道，鋰電池以其環保、比容量大、重量輕、適應性強和循環性能好等優勢，成為現階段主要的動力電源。而鋰電池的性能好壞，則取決于其正極材料。

目前，已經商業化的鋰電池正極材料主要有鈷酸鋰和錳酸鋰兩種。鈷酸鋰比容量較高、其比容量高達150～160mah/g，循環性能好，但耐過充電壓較低、只有約5V。而且所用原材料主要是鈷，價格較高，生產成本高。而錳酸鋰由于其主要原料是錳，錳的價格比較便宜，可降低生產成本。而且其耐過充電壓較高、高達10V。但錳酸鋰的比容量較低、只有90～110mah/g，循環性能差、只有鈷酸鋰的60％。

為了解決上述問題，市場上又出現了鋰鈷鎳錳氧。為了獲得較高的比容量，所用原料的配方按照鈷∶(鈷+鎳+錳)≥4∶10的摩爾比例進行選材。而為了降低價格，所用原料的配方按照鈷∶(鈷+鎳+錳)≤2∶10的摩爾比例進行選材。這兩種材料都是片面強調單一性能，要么耐過充電壓小、只有6V，要么比容量低、僅有120～130mah/g，要么循環性能差、只有300～400次。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種制備細晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧的方法。采用這種方法制備的細晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧，耐過充電壓高、高達10V，比容量高、高達165～170mah/g，循環性能好、可達700～800次。

為解決上述問題，采取以下技術方案：

本發明的制備細晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧的方法特征是依次包括以下步驟：

先按照金屬鈷∶金屬鎳∶金屬錳＝1∶1∶1的摩爾比例選取金屬鈷、金屬鎳和金屬錳；

再將金屬鈷、金屬鎳和金屬錳分別用濃度為20重量％～40重量％的硝酸反應溶解，制得硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液，該硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液的摩爾濃度均為1～2mol/L；

之后，用相同容積的硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液進行均勻混合，制得混合液A；

之后，用溫度為30～80℃的碳酸鈉溶液與溫度為30～80℃的上述混合液A進行合成；其合成方法是以300～500L/小時的速度分別將碳酸鈉溶液和混合液A同時緩慢流入反應釜內，并進行均勻攪拌，使其PH值維持在7.5～9，得到混合液B；當混合液B中出現球體且球體直徑達到10～18μm時，進行固液分離，得到細晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體；

之后，對細晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體進行清洗和烘干，得到細晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳粉體；

之后，在700～800℃的溫度下，將細晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳粉體煅燒6～8小時，得到細晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳；

最后，按照細晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳∶碳酸鋰＝1∶1.05～1.10的摩爾比例，將細晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳與碳酸鋰充分混合后，在700～800℃的溫度下煅燒8～15小時，得到細晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧。

其中，對細晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體進行清洗是采用溫度為100℃的熱水進行清洗。對細晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體烘干采用的是溫度為100～120℃的烘箱進行烘干。

采取上述方案，具有以下優點：

由于本發明按照金屬鈷∶金屬鎳∶金屬錳＝1∶1∶1的摩爾比例進行選料，使鈷、鎳、錳三元素均勢組合，優勢互補，缺點相互抵消，從而達到具有綜合優良性能的效果。與傳統配方相比，耐過充電壓，比容量高和循環性能都有明顯提高。經檢測，耐過充電壓高達10V，比容量高達165～170mah/g，循環性能可達700～800次。

具體實施方式

實施例一：

先按照金屬鈷∶金屬鎳∶金屬錳＝1∶1∶1的摩爾比例選取金屬鈷、金屬鎳和金屬錳，待用；

再將金屬鈷、金屬鎳和金屬錳分別用濃度為20重量％的硝酸反應溶解，制得硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液，該硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液的摩爾濃度均為1mol/L；

之后，用相同容積的硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液進行均勻混合，制得混合液A；

之后，用溫度為30℃的碳酸鈉溶液與溫度為30℃的上述混合液A進行合成；其合成方法是以300L/小時的速度分別將碳酸鈉溶液和混合液A同時緩慢流入反應釜內，并進行均勻攪拌，使其PH值維持在7.5，得到混合液B；當混合液B中出現球體且球體直徑達到10μm時，用離心機進行固液分離，得到細晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體；