[發(fā)明專(zhuān)利]一種鋰離子電池正極材料混鋰技術(shù)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210274443.0
• 申請(qǐng)日: 2012-08-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103579586A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 代麗君;白艷松;楊秀康
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京新星新特科技發(fā)展有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;B01F3/12
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，是一種鋰離子電池正極材料混鋰技術(shù)。

背景技術(shù)

能源問(wèn)題是二十一世紀(jì)人類(lèi)面臨的共同問(wèn)題，電能是最方便的一種能源形式。鋰離子電池由于質(zhì)量輕、能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率小、無(wú)記憶效應(yīng)和綠色環(huán)保等突出優(yōu)勢(shì)，成為全球研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。同時(shí)，電子行業(yè)、IT產(chǎn)業(yè)、通訊產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域?qū)τ陔娫吹男枨竺驮?，鋰離子電池以其對(duì)環(huán)境友好、高的能量密度、長(zhǎng)的存儲(chǔ)壽命以及在各種環(huán)境條件下的工作能力，成為便攜式電器和電子儀器電源動(dòng)力的首選。

鋰離子電池正極材料在電池充放電過(guò)程中，不僅要提供正負(fù)極往復(fù)嵌入/脫出所需要的鋰，而且還要負(fù)擔(dān)負(fù)極材料表面形成SEI膜所需的鋰，故正極材料的性能在很大程度上影響著電池的性能，并直接決定著電池成本的高低。因此，研究開(kāi)發(fā)低成本、高容量、熱穩(wěn)定性好的鋰離子電池正極材料成為鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。

一般說(shuō)來(lái)，鋰離子電池正極材料的氧化還原電對(duì)通常選用3dⁿ過(guò)渡金屬，一方面過(guò)渡金屬存在混合價(jià)態(tài)，電子導(dǎo)電性比較理想，另一方面不易發(fā)生歧化反應(yīng)。比較有代表性的鋰離子電池正極材料主要有層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰(LiCoO₂)、鎳酸鋰(LiNiO₂)和錳酸鋰(LiMnO₂)，尖晶石錳酸鋰(LiMn₂O₄)和橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰(LiFePO₄)。LiCoO₂制備成本高，環(huán)境污染大，抗過(guò)充能力較差；LiNiO₂比容量較大，但是制備時(shí)易生成非化學(xué)計(jì)量比的產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性差；LiMnO₂屬于熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，存在Jahn-Teller效應(yīng)；LiMn₂O₄放電比容量較低，且高溫循環(huán)和儲(chǔ)存性能欠佳；LiFePO₄導(dǎo)電性能較低，且存在產(chǎn)品一致性差等問(wèn)題。上述幾種正極材料的缺點(diǎn)都制約了材料本身的進(jìn)一步應(yīng)用。

層狀Li-Ni-Co-Mn-O氧化物可以作為鋰離子電池正極材料(簡(jiǎn)稱(chēng)三元材料)，最早由Liu等在1999年提出，它作為鋰離子電池正極材料，具有上述幾種材料無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。Ni、Co、Mn為同周期相鄰元素，因此它們能以任意比例混合形成固溶體并且保持層狀結(jié)構(gòu)不變，具有很好的結(jié)構(gòu)互補(bǔ)性和三元協(xié)同效應(yīng)，發(fā)展前景良好。

目前，有關(guān)層狀Li-Ni-Co-Mn-O系列氧化物的制備方法，文獻(xiàn)報(bào)道的很多，如高溫固相法、共沉淀法、水熱合成法、溶膠凝膠法等等，這些方法為制備具有優(yōu)異電化學(xué)性能的鋰離子電池三元正極材料提供了可能。上述合成方法中，共沉淀法操作簡(jiǎn)單，工業(yè)化過(guò)程容易實(shí)現(xiàn)。合成出的材料顆粒粒徑分布窄，均一化程度高，粒子大小可控。因此，工業(yè)化生產(chǎn)目前大多采用共沉淀法。

共沉淀法制備層狀Li-Ni-Co-Mn-O系列氧化物的主要步驟包括前軀體的制備、前軀體混鋰以及燒結(jié)三步。對(duì)于三元材料前軀體的制備和燒結(jié)這兩部分，相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的較多，技術(shù)也比較成熟，而對(duì)于前軀體混鋰這一部分，卻很少有文獻(xiàn)報(bào)道。在共沉淀法三元材料合成的主要步驟中，前軀體混鋰占據(jù)中間位置，前軀體與含鋰化合物混合的均勻程度，直接影響燒結(jié)成品的粒徑分布，球形顆粒大小、晶型結(jié)構(gòu)以及球形表面微觀形貌，進(jìn)而影響材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)。長(zhǎng)期以來(lái)，由于沒(méi)有一種很好的前軀體混鋰技術(shù)，造成前軀體混鋰均勻程度差，局部鋰源集中，導(dǎo)致燒結(jié)出的三元正極材料球形顆粒部分缺鋰、團(tuán)聚嚴(yán)重以及球形度保持較差等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響成品的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種鋰離子電池正極材料混鋰技術(shù)，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，這種技術(shù)能解決使用現(xiàn)有前軀體混鋰方法導(dǎo)致均勻程度差，局部鋰源集中導(dǎo)致燒結(jié)出的三元正極材料球形顆粒部分缺鋰、團(tuán)聚嚴(yán)重以及球形度保持較差從而嚴(yán)重影響成品的質(zhì)量的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體步驟如下：第一步：將三元正極材料前軀體與含鋰化合物以摩爾比為1∶0.90至1∶1.25的比例加入到混料器中；第二步：開(kāi)啟混料器，同時(shí)從混料器頂部的設(shè)備以20_L/h至100_L/h的速率噴入分散劑，分散劑的加入量為前軀體和含鋰化合物總重量的0.1至4.5倍；控制混料器內(nèi)溫度在30_℃至100_℃，自傳速率50r/min至255_r/min，公轉(zhuǎn)速率1r/min至20r/min，混料時(shí)間3h至42h；第三步：用混料器自帶的加熱設(shè)備在60_℃至120_℃下烘干物料，同時(shí)對(duì)分散劑進(jìn)行回收；第四步：開(kāi)啟混料器底部的放料口放出物料。