[發(fā)明專利]鋰離子電池用鎳鈷錳酸鋰正極材料前驅(qū)體及其生產(chǎn)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110263741.5
• 申請日: 2011-09-07
• 公開（公告）號: CN102328961A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣慶來;齊士博;楊先鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 先進(jìn)儲能材料國家工程研究中心有限責(zé)任公司
• 主分類號: C01G45/12
• 分類號: C01G45/12;B82Y40/00
• 代理公司: 長沙星耀專利事務(wù)所 43205
• 代理人: 寧星耀;舒欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池用鎳鈷錳酸鋰正極材料前驅(qū)體及其生產(chǎn)方法，具體地講，涉及一種制備鎳鈷錳酸鋰正極材料用高密度鎳鈷錳氧化物及其生存方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池用鎳鈷錳酸鋰正極材料（三元材料）具有比容量高、熱穩(wěn)定性好、價格低廉等優(yōu)點，是替代鈷酸鋰材料中最具潛力的一種正極材料，在電動車、電動工具等動力領(lǐng)域具有很好應(yīng)用前景。

現(xiàn)有制備鋰離子電池用三元材料的前驅(qū)體大都是采用共沉淀法得到的鎳鈷錳氫氧化物或碳酸鹽作為前軀體。該前驅(qū)體形貌為球形，平均粒徑（D50）為5~15?μm，密度較低，松裝密度在1.5?g/cm³左右，振實密度在1.8?g/cm³左右。采用該前驅(qū)體制備三元材料，在后續(xù)高溫煅燒反應(yīng)過程中將分解產(chǎn)生大量的氣體，在材料內(nèi)部產(chǎn)生氣孔，降低材料的密度，影響材料的體積能量密度。由此，可將沉淀得到的鎳鈷錳氫氧化物或碳酸鹽進(jìn)行熱分解，生成鎳鈷錳氧化物作為前軀體，該前軀體更有利于后續(xù)處理過程中與含鋰化合物的進(jìn)一步均勻混合。

CN101284684A公開了一種鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體的制備方法，其前驅(qū)體的化學(xué)組成為(Ni_xCo_yMn_1-x-y)₃O₄，其中x+y<1，其特征在于，其制備過程是在含有可溶性鎳鹽、鈷鹽、錳鹽的溶液中加入含有氨水的堿液進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，再將沉淀產(chǎn)物進(jìn)行煅燒，得到氧化物(Ni_xCo_yMn_1-x-y)₃O₄。該制備方法，流程較長，生產(chǎn)效率較低；此外，不可避免產(chǎn)生大量廢水，廢水直接排放會對環(huán)境造成較嚴(yán)重的污染，而廢水處理達(dá)標(biāo)排放成本高，經(jīng)濟(jì)效益差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種工藝簡單，生產(chǎn)效率高，對環(huán)境污染少，生產(chǎn)成本低的高密度鎳鈷錳氧化物及其生產(chǎn)方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明之鎳鈷錳氧化物化學(xué)式為(Ni_1-x-yCo_xMn_y)O_δ，其中0.5<δ<1.5，0<x<1，0<y<1，0<x+y<1；平均粒徑D50為5~15?μm，松裝密度≥1.8?g/cm³，振實密度≥2.5?g/cm³。

本發(fā)明之鎳鈷錳氧化物的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：

（1）鎳鈷錳合金粉的制備

將金屬鎳、鈷、錳按照摩爾比為(1-x-y):?x:?y的比例混合配料，其中0.5<δ<1.5，0≤x<1，0≤y<1，0<x+y≤1，然后放入高溫熔爐中，在有惰性氣體或氮氣保護(hù)條件下，升溫至合金熔點以上溫度熔融，熔融后進(jìn)行霧化造粒，得到鎳鈷錳合金粉；

（2）將鎳鈷錳合金粉氧化為鎳鈷錳氧化物

將經(jīng)步驟（1）所得的鎳鈷錳合金粉置于帶攪拌通氣的氧化爐中，攪拌，攪拌速度為50~100?r/min，通入壓縮空氣或氧氣，氣壓為0.3~0.8?MPa，使物料保持在動態(tài)狀況下進(jìn)行焙燒氧化，氧化溫度為400℃～1000℃（優(yōu)選700℃～900℃），氧化時間為0.5?h～10?h（優(yōu)選1?h～6?h）；氧化后的產(chǎn)物最后轉(zhuǎn)入氣流磨進(jìn)行破碎處理，耗氣量為1~1.5?m³/min，空氣壓力為0.8~1?MPa，破碎至平均粒徑D50為5~15?μm。

所得鎳鈷錳氧化物成品松裝密度≥1.8?g/cm³，振實密度≥2.5?g/cm³。

本發(fā)明之鋰離子電池用三元材料前驅(qū)體生產(chǎn)方法，直接采用鎳、鈷、錳金屬作為原料，通過高溫霧化制成均勻的合金粉末，再進(jìn)行氧化和與鋰化合物焙燒鋰化的方法進(jìn)行生產(chǎn)，最大程度提高產(chǎn)物的密度；反應(yīng)過程為固—固或固—氣反應(yīng)，無液相反應(yīng)，不產(chǎn)生任何廢水和廢氣，環(huán)境友好；不需要過濾和干燥，工藝過程簡單，生產(chǎn)效率高；不采用高價的可溶性金屬鹽及復(fù)雜的設(shè)備系統(tǒng)，與現(xiàn)有工藝相比在原材料、設(shè)備及人力等方面都具有成本優(yōu)勢；通過金屬熔融態(tài)，可以實現(xiàn)三種金屬原子級的均勻混合；制得的鎳鈷錳氧化物密度大，粒度可控，滿足鋰離子電池正極材料的要求，更有利于后續(xù)處理過程中與含鋰化合物進(jìn)一步均勻混合。

附圖說明