[發(fā)明專利]一種靜態(tài)混合管式反應器制備尖晶石結構鎳錳酸鋰的方法

無效

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• 申請日: 2012-07-20
• 公開（公告）號: CN102903897A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設計）人: 何學剛;許鵬;劉大軍;楊塵;謝佳
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法，尤其涉及一種利用靜態(tài)混合管式反應器制備鎳錳酸鋰材料的方法，屬于電池材料制備技術領域。

背景技術

尖晶石錳酸鋰作為鋰離子電池的正極材料，具有毒性小、成本低、原材料來源廣泛，應用前景良好等諸多優(yōu)點。但純LiMn₂O₄電化學性能并不理想，首次充放電容量低，不耐高溫、容量衰減快等缺陷。其中鎳摻雜尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，相對純LiMn₂O₄而言，尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有電位平臺高（4.7V），比功率大，晶體結構穩(wěn)定，循環(huán)性能好等優(yōu)點。

目前鎳錳酸鋰（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）的合成方面許多人做了大量的工作。例如固相合成是常用方法，此法優(yōu)點是工藝簡單，易實現(xiàn)工業(yè)化，但由于反應物不易混合均勻，產品的粒徑大且分布不均勻，形貌不規(guī)則，因此存在批次穩(wěn)定性不足的問題。溶膠-凝膠法前驅體溶液化學均勻性好（可達到分子級水平）、凝膠熱處理溫度低、粉體粒度小而且分布窄，粉體燒結性能好，反應過程易于控制，但干燥收縮大，工業(yè)化難度高，生產周期長。超聲噴霧熱解法能得到較好的電性能材料，但需要反應室具有500℃以上的高溫，設備要求高，難以工業(yè)化生產。傳統(tǒng)的液相共沉淀法通常采用釜式反應器以間歇法操作為主，由于反應物料量有限制，反應過程持久，不利于規(guī)模化生產，而伴隨著反應過程的進行，反應條件（如濃度、pH值）不斷變化，影響了微粉晶粒度大小與分布。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種利用能達到微觀混合并提高生產率的靜態(tài)混合管式反應器對鎳源、錳源化合物的混合溶液與碳酸鹽溶液進行液相管式反應合成鎳錳復合碳酸鹽，將其高溫煅燒后再與鋰源化合物混勻燒結得到鎳錳酸鋰（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）的方法，

為了實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明采用如下技術方案：

靜態(tài)混合管式反應器制備尖晶石結構鎳錳酸鋰（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）的方法，包括以下步驟：

(1)分別配置濃度為0.1～2mol/L鎳源溶液和錳源溶液，然后將其混合，配成待反應溶液A，要求鎳離子、錳離子的摩爾比為1：3；分別配置濃度為0.2～4mol/L碳酸鹽溶液和氨水溶液，將其混合，配成待反應溶液B；

(2)分別用兩臺加料泵將步驟（1）中的溶液A和B按等體積流量從靜態(tài)混合管式反應器一端打入，進行混合反應生成乳濁液，通過調整B溶液中氨水的量，將反應器中乳濁液的pH值控制在8～11之間。

(3)將步驟（2）的乳濁液陳化1～4h后，進行膜洗滌得到祛除雜質離子的漿料液。

(4)將步驟（3）祛除雜質離子的漿料液噴霧干燥后得到鎳錳復合碳酸鹽前軀體粉。

(5)將步驟（4）中的前軀體粉400-500℃煅燒5-10h，得到鎳錳復合氧化物。

(6)將鋰源按Li⁺：Ni²⁺?：Mn⁴⁺為1.05：0.5:1.5摩爾比加入鎳錳復合氧化物中，其中鋰源過量5%，球磨混勻，在800-950℃燒結8-15h，即得成品LiNi_0.5Mn_1.5O₄。

所述步驟（1）中鎳源化合物為：硫酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳的一種或其混合物。

所述步驟（1）中錳源化合物為：硫酸錳、硝酸錳、氯化錳、醋酸錳的一種或其混合物。

所述步驟（1）中碳酸鹽化合物為：碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸銨的一種或其混合物。

所述步驟（2）中體積流量為0.1～5L/min。

所述步驟（6）中鋰源化合物為：碳酸鋰、醋酸鋰、硝酸鋰、氫氧化鋰的一種或其混合物。

靜態(tài)混合管式反應器說明：