一种镍钴锰酸锂材料及其制备方法技术

一种镍钴锰酸锂材料的制备方法，以可溶性镍、钴、锰盐为原料，采用共沉淀反应工艺，其特征是所述镍钴锰酸锂的分子式为LiNixCoyMnzO2,其制备的具体工艺步骤如下，1）共沉淀反应制镍钴锰前驱体，于反应釜装置中，加水分别将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰制成混合水溶液，加入氢氧化钠水溶液作沉淀剂，加入氨水，在加热及保护气体存在条件下进行共沉淀反应，过滤得滤液及滤渣，滤渣清洗，制得氢氧化镍钴锰前驱体；2）反应制镍钴锰酸锂产品，将制备的氢氧化镍钴锰前驱体，经烘干干燥，过筛后和锂盐搅拌充分混合为氢氧化镍钴锰前驱体和锂盐混合物，将氢氧化镍钴锰前驱体和锂盐混合物装钵，高温烧制、破碎、过筛、混合、过筛、除铁，包装制得镍钴锰酸锂材料，本发明专利技术制备的镍钴锰酸锂产品制成锂离子电池，具有优异的安全性能、高温性能和长循环寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，特别是一种镍钴锰酸锂材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池作为一种新型绿色的电池，其广泛应用无线通信，交通运输，航空航天等各个方面，锂离子电池主要由正极材料如嵌锂的过渡金属氧化物、负极材料如高度石墨化的碳、隔膜如聚烯烃微孔膜和电解质材料等组成。而锂离子正极材料是制约锂离子电池各方面性能的至关重要的因素。锂离子电池正极材料作为锂离子电池中的关键材料之一，它的性能好坏直接会影响整个锂离子电池性能的发挥。因此，要解决锂离子电池使用中出现的问题或者要提高锂离子电池性能时，研究人员主要是会关注锂离子电池正负极材料的性能和特点。目前市场上锂离子正极材料较多，主要有钴酸锂，锰酸锂和磷酸铁锂。而作为三元正极材料的镍钴锰酸锂以其优异的性能，及质优价廉等在各种锂电池的正极材料中脱颖而出，得到广泛应用。中国专利公告号为CN103296270A公开的一种锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂及制备方法，其将硫酸盐中的镍、钴、锰按摩尔配为1:1：1配制成混合水溶液，然后和氢氧化钠及氨水在反应装置中进行反应，同时注入氮气和水肼，经陈化，过滤，水洗，烘干制得氢氧化镍钴锰产物与碳酸锂混合烧结制得球形镍钴锰酸锂。但上述方法存在加入化合物较多，反应工艺步骤过长，同时反应过程不能自动化控制。人工操作劳动强度大，且反应过程不易控制。如何制备出质量可靠，三元正极材料的镍钴锰酸锂的性能优异即差异化的镍钴锰酸锂材料，制备工艺全程自动控制，且制备出的镍钴锰酸锂产品性能稳定。另一方面，镍钴锰酸锂的烧制过程是一个氧化气氛下的化学反应过程，烧制过程中如何控制好氧气浓度即氧气氛围，使反应能够充分地进行，是制备高品质镍钴锰酸锂材料的关键因素之一，特别是镍含量高的镍钴锰酸锂材料，对氧气气氛的要求更高。
技术实现思路
本专利技术就是要提供一种镍钴锰酸锂材料及其制备方法，以可溶性镍、钴、锰硫酸盐为原料，采用共沉淀反应制得氢氧化镍钴锰前驱体，经与碳酸锂混合后,通过优化烧制过程的氧化气氛，在辊道窑内进行烧制，制备得到高质量的镍钴锰酸锂材料产品。本专利技术一种镍钴锰酸锂材料的制备方法，以可溶性镍、钴、锰盐为原料，采用共沉淀反应工艺，其所述镍钴锰酸锂的分子式为LiNixCoyMnzO2,其中x+y+z=1;其制备的具体工艺步骤如下，1）共沉淀反应制镍钴锰前驱体，于反应釜装置中，加水分别将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰制成混合水溶液，加入氢氧化钠水溶液作沉淀剂，加入氨水，在加热及保护气体存在条件下进行共沉淀反应，过滤得滤液及滤渣，滤渣清洗，制得氢氧化镍钴锰前驱体；根据需要的镍钴锰比例控制混合水溶液中的硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰的化学计量比；控制反应时间为12-20小时，反应温度为40-85℃，同时控制反应过程中氨水浓度为0.75-0.95mol/l，反应溶液pH为10.5-12.5；2）反应制镍钴锰酸锂产品，将制备的氢氧化镍钴锰前驱体，经烘干干燥，过筛后和锂盐搅拌充分混合为氢氧化镍钴锰前驱体和锂盐混合物，将氢氧化镍钴锰前驱体和锂盐混合物装钵，高温烧制、破碎、过筛、混合、过筛、除铁，包装为制得镍钴锰酸锂材料；控制烧制时间20-36小时，烧制温度为600-1000℃。本专利技术优选是所述2）步氢氧化镍钴锰前驱体和锂盐混合物装钵，高温烧制，是控制所述混合物在强氧气氛围条件下于烧制装置内进行高温烧制；所述强氧气氛围条件是指将装于钵内的混合物在烧制装置内于通氧气氛围条件下于混合物中设活性增氧装置，将所述活性增氧装置和装于钵内的混合物一同置于烧制装置内进行高温烧制条件下释放出氧气为混合物高温烧制二次增氧，形成强氧气氛围。进一步的，是所述活性增氧装置包括活性增氧器及设于活性增氧器内的化学增氧剂，所述化学增氧剂为过氧化盐和/或高锰酸盐。更进一步的，是所述活性增氧装置为耐高温微型坩埚，所述过氧化盐为过氧化钠和/或过氧化钾和/或高锰酸钾。进一步的，是1）步所述滤渣清洗先使用稀碱水溶液进行冲洗，然后用去离子水清洗至滤渣的pH低于8.5；所述稀碱水溶液为浓度为0.15-0.35mol/l的氢氧化钠水溶液。优选的，是所述镍钴锰酸锂的制备方法的全过程，温度及pH值控制、高温烧制、烘干干燥均采用人工智能控制；所述高温烧制采用辊道窑烧结，控制辊道窑的辊道长为25-40米。优选的，是2）步所述破碎、过筛、干燥包装是采用刚玉对辊破碎装置破碎后送入振动筛过筛，筛下的达到粒度的镍钴锰酸锂，再经远红外干燥，进一步脱除吸附水后，进入全自动真空包装装置封袋包装即为到镍钴锰酸锂LiNixCoyMnzO2,其中x+y+z=1产品；筛上的物料采用气流输送的方法装置返回破碎装置重新破碎；控制所述粒度为6-13微米。优选的，是所述1）步于反应釜装置中，在各物料加入前，于反应釜装置内加入底料液，所述加入底料液占反应釜装置有效体积的20-25%，同时控制所述底料液的有效成份为氨水和/或氢氧化钠溶液，控制底料液中的氨水和氢氧化钠溶液浓度为0.2-0.4mol/l。进一步的，是1）控制氢氧化钠溶液的浓度为6.5-7.5mol/l；所述加入氨水浓度为10-30Wt%。本专利技术所述的镍钴锰酸锂材料根据上面所述的方法制备获得。本专利技术方法工艺步骤如下：镍钴锰硫酸盐溶液配制＋碱溶液配制→共沉淀反应→压滤清洗→检测、干燥→氢氧化镍钴锰前驱体→混合锂盐→压钵（装钵物料中提供氧气来源）→烧制→破碎→粉碎→过筛→混合→过筛→除铁→包装镍钴锰酸锂产品。本专利技术方法制备的镍钴锰酸锂(镍钴锰的化学计量比为5:2:3，化学式为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)产品经相关部门检测，各项技术指标如下见表1，储存、运输条件，阴凉、干燥、防潮、防湿。表1说明，本专利技术制备的镍钴锰酸锂产品制成锂离子电池，具有优异的安全性能、高温性能和长循环寿命。附图说明：图1，为采用本专利技术方法制备的一种镍钴锰酸锂材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2产品粒度分布图；图2，为采用本专利技术方法制备的一种镍钴锰酸锂材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2产品SEM图；图3，为采用本专利技术方法制备的一种镍钴锰酸锂LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2产品XRD图。具体实施方式：下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，应理解本专利技术前面的一般描述和后面的具体实施方式是示例性和说明性的，用于对所要保护的专利技术提供进一步的解释。本实施例中所述化学计量比为质量摩尔比。实施例1本实施例中所述混合物亦为氢氧化镍钴锰和碳酸锂的混合物，将混合物装在匣钵内即装钵内，匣钵内即钵内，下同。本实施例1是采用本专利技术方法制备一种镍钴锰酸锂材料，该材料的镍钴锰化学计量比为8:1:1，化学式为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，以可溶性镍、钴、锰盐为原料，其具体工艺步骤如下，1）共沉反应制镍钴锰酸锂前驱体，以可溶性镍、钴硫酸盐和氯化锰为原料，加水分别制成镍、钴、锰盐的混合水溶液，加入氢氧化钠水溶液作沉淀剂，以氨水作络合剂，在加热及碱存在条件下进行共沉反应，过滤得滤液及滤渣，滤渣经清洗后干燥制得氢氧化镍钴锰前驱体；控制混合水溶液中的镍、钴、锰的摩尔比为8：1：1，总浓度为2.0mol/L,控制反应时间为20小时，反应温度为50℃，，反应溶液pH为11.0。2）将制备的氢氧化镍钴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍钴锰酸锂材料的制备方法，以可溶性镍、钴、锰盐为原料，采用共沉淀反应工艺，其特征是所述镍钴锰酸锂的分子式为LiNixCoyMnzO2,其中x+y+z=1;其制备的具体工艺步骤如下，1）共沉淀反应制镍钴锰前驱体，于反应釜装置中，加水分别将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰制成混合水溶液，加入氢氧化钠水溶液作沉淀剂，加入氨水，在加热及保护气体存在条件下进行共沉淀反应，过滤得滤液及滤渣，滤渣清洗，制得氢氧化镍钴锰前驱体；根据需要的镍钴锰比例控制混合水溶液中的硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰的化学计量比；控制反应时间为12‑20小时，反应温度为40‑85℃，同时控制反应过程中氨水浓度为0.75‑0.95mol/l，反应溶液pH为10.5‑12.5； 2）反应制镍钴锰酸锂产品，将制备的氢氧化镍钴锰前驱体，经烘干干燥，过筛后和锂盐搅拌充分混合为氢氧化镍钴锰前驱体和锂盐混合物，将氢氧化镍钴锰前驱体和锂盐混合物装钵，高温烧制、破碎、过筛、混合、过筛、除铁，包装制得镍钴锰酸锂材料；控制烧制时间20‑36小时，烧制温度为600‑1000℃。

【技术特征摘要】
1.一种镍钴锰酸锂材料的制备方法，以可溶性镍、钴、锰盐为原料，采用共沉淀反应工艺，其特征是所述镍钴锰酸锂的分子式为LiNixCoyMnzO2,其中x+y+z=1;其制备的具体工艺步骤如下，1）共沉淀反应制镍钴锰前驱体，于反应釜装置中，加水分别将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰制成混合水溶液，加入氢氧化钠水溶液作沉淀剂，加入氨水，在加热及保护气体存在条件下进行共沉淀反应，过滤得滤液及滤渣，滤渣清洗，制得氢氧化镍钴锰前驱体；根据需要的镍钴锰比例控制混合水溶液中的硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰的化学计量比；控制反应时间为12-20小时，反应温度为40-85℃，同时控制反应过程中氨水浓度为0.75-0.95mol/l，反应溶液pH为10.5-12.5；2）反应制镍钴锰酸锂产品，将制备的氢氧化镍钴锰前驱体，经烘干干燥，过筛后和锂盐搅拌充分混合为氢氧化镍钴锰前驱体和锂盐混合物，将氢氧化镍钴锰前驱体和锂盐混合物装钵，高温烧制、破碎、过筛、混合、过筛、除铁，包装制得镍钴锰酸锂材料；控制烧制时间20-36小时，烧制温度为600-1000℃。2.根据权利要求1所述的一种镍钴锰酸锂材料的制备方法，其特征是所述2）步氢氧化镍钴锰前驱体和锂盐混合物装钵，高温烧制，是控制所述混合物在强氧气氛围条件下于烧制装置内进行高温烧制；所述强氧气氛围条件是指将装于钵内的混合物在烧制装置内于通氧气氛围条件下于混合物中设活性增氧装置，将所述活性增氧装置和装于钵内的混合物一同置于烧制装置内...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟，钟盛文，李晓艳，李喜福，刘美景，
申请(专利权)人：江西江特锂电池材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36