[發明專利]一種高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法及專用焙燒爐

有效

• 申請號: 201210098919.X
• 申請日: 2012-04-06
• 公開（公告）號: CN102709541A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 胡東閣;余愛水;王葉滔;王張志;婁永文
• 申請（專利權）人: 杭州金馬能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;F27B7/06;F27B7/20
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 俞潤體

1.一種高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法，其特征在于所述的方法包括：

a．配制NH⁴⁺濃度為0.3～8mol/L的銨鹽水溶液A；配制濃度為0.5～8mol/L的堿性溶液B；配制摩爾比為Ni：Co：Mn=1：1：1或者x：y：1-x-y，其中x+y=1，并且總金屬離子濃度為0.8～2mol/L鎳鈷錳混合金屬離子混合水溶液C；

b．先在反應釜里加入3～8L的B溶液，然后再按照摩爾比為NH⁴⁺/（Ni+Co+Mn）=2～7：1勻速加入A和C，再加入B溶液控制反應液的pH為7～13，反應結束后充分陳化，并且控制攪拌速度來控制粒徑的大小，最后將沉淀洗滌烘干即得到多元復合材料前軀體；

c．將鋰鹽和前軀體按照Li/（Ni+Co+Mn）=0.95～1.12：1的比例進行混合，混合是在粉料混合機中不銹鋼的腔體里進行，不使用別的研磨顆粒，并且使鋰鹽和前軀體能夠相互粘到一起而不破壞前軀體的形貌；

d．將混合好的材料在高溫下充分預燒，預燒時的氣氛可以是空氣或者氧氣，然后自然冷卻；

e．冷卻后將材料進行二次細磨，然后將預燒后的材料進行再次混合；

f．將再次混合好的材料投入到專用焙燒爐內進行高溫焙燒，焙燒爐的爐管上下擺動，爐內的材料隨爐管管壁回轉作回轉運動，同時也隨爐管的擺動又作爐管的軸向運動，使粉體在爐管內實現三維運動，通入的氣氛為氧氣或空氣；

g．最后進行慢速降溫，氣氛為氧氣；

h．對材料進行分級和過篩處理即得成品鎳鈷錳酸鋰正極材料Li_q（Ni_xCo_yMn_1-x-y）O₂（0.95≦q≦1.12、0﹤x≦0.8、0﹤y≦0.34、0﹤x+y﹤1）。

2.根據權利要求1所述的一種高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法，其特征在于所述的步驟a中Ni：Co：Mn為1：1：1，或4:2:4，或5:2:3，或8:1:1。

3.根據權利要求1所述的一種高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法，其特征在于所述的步驟b中堿性溶液B調節反應溶液的pH值在7～13范圍內，反應溫度控制在20～90℃，反應結束后陳化10～30h。

4.根據權利要求1所述的一種高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法，其特征在于所述的步驟c中鋰鹽為乙酸鋰、硫酸鋰、碳酸鋰、氯化鋰、氫氧化鋰中的一種或幾種。

5.根據權利要求1所述的一種高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法，其特征在于所述的步驟c中混合的時間為0.5～2h；步驟d中預燒的溫度為450～700℃，預燒3～8h，升溫速率為1～10℃/min。

6.根據權利要求1所述的一種高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法，其特征在于所述的步驟e中二次細磨的時間是0.3～1h；步驟f中高溫焙燒的溫度為850～1050℃，升溫速率為1～10℃/min，恒溫時間為6～18h。

7.根據權利要求1所述的一種高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法，其特征在于所述的步驟g中降溫過程要慢速降溫到100～800℃，降溫速率控制在0.5～5℃/min。

8.根據權利要求1所述的一種高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備方法，其特征在于所述的成品鎳鈷錳酸鋰正極材料的粒徑為5～13μm，振實密度大于2.4g/cm³，材料放電比容量達到165mAh/g（vs?Li，2.5～4.3V）。

9.一種制備高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的專用焙燒爐，包括下部框架（1），其特征在于所述的下部框架（1）內設有擺動空心管（2），擺動空心管連接有梯形螺母（3），梯形螺母螺紋連接有梯形螺桿（4），梯形螺桿連接擺動驅動裝置，擺動空心管上端通過搖擺鉸鏈（5）連接上部框架（6），上部框架一端通過擺動鉸鏈（7）鉸接在下部框架上，上部框架上設有爐體（8），爐體內設有可上下擺動并且回轉的爐管（9），爐管連通進出料口（10）、保護氣入口（11），爐管連接回轉驅動裝置。

10.根據權利要求9所述的一種制備高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的專用焙燒爐，其特征在于所述的下部框架（1）上部的中間設有向上行程開關（12），上部框架（6）底部的中間設有可撥動向上行程開關的向上擺動行程壓桿（13）；下部框架（1）上部的外端設有向下行程開關（14），上部框架（6）底部的外端設有可撥動向下行程開關的向下擺動行程壓桿（15）。