專利名稱：制備細(xì)晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備電池正極材料的方法。具體說(shuō)，是一種替代鈷酸鋰的鋰電池 正極材料的細(xì)晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧的制備方法。
背景技術(shù)：
在電池生產(chǎn)行業(yè)都知道，鋰電池以其環(huán)保、比容量大、重量輕、適應(yīng)性強(qiáng)和循環(huán)性 能好等優(yōu)勢(shì)，成為現(xiàn)階段主要的動(dòng)力電源。而鋰電池的性能好壞，則取決于其正極材料。目前，已經(jīng)商業(yè)化的鋰電池正極材料主要有鈷酸鋰和錳酸鋰兩種。鈷酸鋰比容量 較高、其比容量高達(dá)150 160mah/g，循環(huán)性能好，但耐過(guò)充電壓較低、只有約5V。而且所 用原材料主要是鈷，價(jià)格較高，生產(chǎn)成本高。而錳酸鋰由于其主要原料是錳，錳的價(jià)格比較 便宜，可降低生產(chǎn)成本。而且其耐過(guò)充電壓較高、高達(dá)10V。但錳酸鋰的比容量較低、只有 90 llOmah/g，循環(huán)性能差、只有鈷酸鋰的60%。為了解決上述問(wèn)題，市場(chǎng)上又出現(xiàn)了鋰鈷鎳錳氧。為了獲得較高的比容量，所用原 料的配方按照鈷(鈷+鎳+錳)彡4 10的摩爾比例進(jìn)行選材。而為了降低價(jià)格，所用 原料的配方按照鈷(鈷+鎳+錳)<2 10的摩爾比例進(jìn)行選材。這兩種材料都是片 面強(qiáng)調(diào)單一性能，要么耐過(guò)充電壓小、只有6V，要么比容量低、僅有120 130mah/g，要么循 環(huán)性能差、只有300 400次。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種制備細(xì)晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧的方法。采 用這種方法制備的細(xì)晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧，耐過(guò)充電壓高、高達(dá)10V，比容量高、高 達(dá)165 170mah/g，循環(huán)性能好、可達(dá)700 800次。為解決上述問(wèn)題，采取以下技術(shù)方案本發(fā)明的制備細(xì)晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧的方法特征是依次包括以下步驟先按照金屬鈷金屬鎳金屬錳=1 1 1的摩爾比例選取金屬鈷、金屬鎳和 金屬錳；再將金屬鈷、金屬鎳和金屬錳分別用濃度為20重量％ 40重量％的硝酸反應(yīng)溶 解，制得硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液，該硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液 的摩爾濃度均為1 2mol/L ；之后，用相同容積的硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液進(jìn)行均勻混合，制得混 合液A;之后，用溫度為30 80°C的碳酸鈉溶液與溫度為30 80°C的上述混合液A進(jìn)行 合成；其合成方法是以300 500L/小時(shí)的速度分別將碳酸鈉溶液和混合液A同時(shí)緩慢流 入反應(yīng)釜內(nèi)，并進(jìn)行均勻攪拌，使其PH值維持在7. 5 9，得到混合液B ；當(dāng)混合液B中出現(xiàn) 球體且球體直徑達(dá)到10 lSym時(shí)，進(jìn)行固液分離，得到細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固 體；
之后，對(duì)細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體進(jìn)行清洗和烘干，得到細(xì)晶聚合、多 孔球形碳酸鈷鎳錳粉體；之后，在700 800°C的溫度下，將細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳粉體煅燒6 8 小時(shí)，得到細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳；最后，按照細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳碳酸鋰=1 1. 05 1. 10的摩爾比 例，將細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳與碳酸鋰充分混合后，在700 800°C的溫度下煅燒 8 15小時(shí)，得到細(xì)晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧。其中，對(duì)細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體進(jìn)行清洗是采用溫度為100°C的熱水 進(jìn)行清洗。對(duì)細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體烘干采用的是溫度為100 120°C的烘箱 進(jìn)行烘干。采取上述方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)由于本發(fā)明按照金屬鈷金屬鎳金屬錳=1:1:1的摩爾比例進(jìn)行選料，使 鈷、鎳、錳三元素均勢(shì)組合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，缺點(diǎn)相互抵消，從而達(dá)到具有綜合優(yōu)良性能的效果。 與傳統(tǒng)配方相比，耐過(guò)充電壓，比容量高和循環(huán)性能都有明顯提高。經(jīng)檢測(cè)，耐過(guò)充電壓高 達(dá)10V，比容量高達(dá)165 170mah/g，循環(huán)性能可達(dá)700 800次。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一先按照金屬鈷金屬鎳金屬錳=1 1 1的摩爾比例選取金屬鈷、金屬鎳和 金屬錳，待用；再將金屬鈷、金屬鎳和金屬錳分別用濃度為20重量％的硝酸反應(yīng)溶解，制得硝酸 鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液，該硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液的摩爾濃度均 為 lmol/L ；之后，用相同容積的硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液進(jìn)行均勻混合，制得混 合液A;之后，用溫度為30°C的碳酸鈉溶液與溫度為30°C的上述混合液A進(jìn)行合成；其合 成方法是以300L/小時(shí)的速度分別將碳酸鈉溶液和混合液A同時(shí)緩慢流入反應(yīng)釜內(nèi)，并進(jìn) 行均勻攪拌，使其PH值維持在7. 5，得到混合液B ；當(dāng)混合液B中出現(xiàn)球體且球體直徑達(dá)到 10 ym時(shí)，用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，得到細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體；之后，用100°C熱水對(duì)細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體進(jìn)行清洗，用100°C烘 箱對(duì)經(jīng)清洗過(guò)的細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體進(jìn)行烘干，得到細(xì)晶聚合、多孔球形碳 酸鈷鎳錳粉體；之后，用燃?xì)鉅t在700°C的溫度下，將細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳粉體煅燒6 小時(shí)，得到細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳；最后，按照細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳碳酸鋰=1 1.05的摩爾比例，將細(xì) 晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳與碳酸鋰充分混合后，在700°C的溫度下煅燒8小時(shí)，得到細(xì) 晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧。實(shí)施例二 先按照金屬鈷金屬鎳金屬錳=1 1 1的摩爾比例選取金屬鈷、金屬鎳和金屬錳，待用；再將金屬鈷、金屬鎳和金屬錳分別用濃度為30重量％的硝酸反應(yīng)溶解，制得硝酸 鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液，該硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液的摩爾濃度均 為 1. 5mol/L ；之后，用相同容積的硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液進(jìn)行均勻混合，制得混 合液A;之后，用溫度為55°C的碳酸鈉溶液與溫度為55°C的上述混合液A進(jìn)行合成；其合 成方法是以400L/小時(shí)的速度分別將碳酸鈉溶液和混合液A同時(shí)緩慢流入反應(yīng)釜內(nèi)，并進(jìn) 行均勻攪拌，使其PH值維持在8. 2，得到混合液B ；當(dāng)混合液B中出現(xiàn)球體且球體直徑達(dá)到 14i!m時(shí)，用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，得到細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體；之后，用100°C熱水對(duì)細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體進(jìn)行清洗，用110°C烘 箱對(duì)經(jīng)清洗過(guò)的細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體進(jìn)行烘干，得到細(xì)晶聚合、多孔球形碳 酸鈷鎳錳粉體；之后，用燃?xì)鉅t在750°C的溫度下，將細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳粉體煅燒7 小時(shí)，得到細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳；最后，按照細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳碳酸鋰=1 1.08的摩爾比例，將細(xì) 晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳與碳酸鋰充分混合后，在750°C的溫度下煅燒12小時(shí)，得到細(xì) 晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧。實(shí)施例三先按照金屬鈷金屬鎳金屬錳=1 1 1的摩爾比例選取金屬鈷、金屬鎳和 金屬錳，待用；再將金屬鈷、金屬鎳和金屬錳分別用濃度為40重量％的硝酸反應(yīng)溶解，制得硝酸 鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液，該硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液的摩爾濃度均 為 2mol/L ；之后，用相同容積的硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液進(jìn)行均勻混合，制得混 合液A;之后，用溫度為80°C的碳酸鈉溶液與溫度為80°C的上述混合液A進(jìn)行合成；其合 成方法是以500L/小時(shí)的速度分別將碳酸鈉溶液和混合液A同時(shí)緩慢流入反應(yīng)釜內(nèi)，并進(jìn) 行均勻攪拌，使其PH值維持在9，得到混合液B ；當(dāng)混合液B中出現(xiàn)球體且球體直徑達(dá)到 18 ym時(shí)，用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，得到細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體；之后，用100°C熱水對(duì)細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體進(jìn)行清洗，用120°C烘 箱對(duì)經(jīng)清洗過(guò)的細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體進(jìn)行烘干，得到細(xì)晶聚合、多孔球形碳 酸鈷鎳錳粉體；之后，用燃?xì)鉅t在800°C的溫度下，將細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳粉體煅燒8 小時(shí)，得到細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳；最后，按照細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳碳酸鋰=1 1. 10的摩爾比例，將細(xì) 晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳與碳酸鋰充分混合后，在800°C的溫度下煅燒15小時(shí)，得到細(xì) 晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧。
權(quán)利要求
制備細(xì)晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧的方法，其特征在于依次包括以下步驟先按照金屬鈷∶金屬鎳∶金屬錳＝1∶1∶1的摩爾比例選取金屬鈷、金屬鎳和金屬錳；再將金屬鈷、金屬鎳和金屬錳分別用濃度為20重量％～40重量％的硝酸反應(yīng)溶解，制得硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液，該硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液的摩爾濃度均為1～2mol/L；之后，用相同容積的硝酸鈷溶液、硝酸鎳溶液和硝酸錳溶液進(jìn)行均勻混合，制得混合液A；之后，用溫度為30～80℃的碳酸鈉溶液與溫度為30～80℃的上述混合液A進(jìn)行合成；其合成方法是以300～500L/小時(shí)的速度分別將碳酸鈉溶液和混合液A同時(shí)緩慢流入反應(yīng)釜內(nèi)，并進(jìn)行均勻攪拌，使其PH值維持在7.5～9，得到混合液B；當(dāng)混合液B中出現(xiàn)球體且球體直徑達(dá)到10～18μm時(shí)，進(jìn)行固液分離，得到細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體；之后，對(duì)細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體進(jìn)行清洗和烘干，得到細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳粉體；之后，在700～800℃的溫度下，將細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳粉體煅燒6～8小時(shí)，得到細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳；最后，按照細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳∶碳酸鋰＝1∶1.05～1.10的摩爾比例，將細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳與碳酸鋰充分混合后，在700～800℃的溫度下煅燒8～15小時(shí)，得到細(xì)晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備細(xì)晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧的方法，其特征在于對(duì) 細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體進(jìn)行清洗是采用溫度為100°C的熱水進(jìn)行清洗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備細(xì)晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧的方法，其特征在于對(duì) 細(xì)晶聚合、多孔球形碳酸鈷鎳錳固體烘干采用的是溫度為100 120°C的烘箱進(jìn)行烘干。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種制備細(xì)晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧的方法。該方法包括對(duì)金屬鈷、金屬鎳和金屬錳的選取、反應(yīng)溶解、均勻混合，與碳酸鈉溶液進(jìn)行合成、清洗、烘干和煅燒等步驟。采用這種方法制備的細(xì)晶聚合、多孔球形鋰鈷鎳錳氧，耐過(guò)充電壓高、高達(dá)10V，比容量高、高達(dá)165～170mah/g，循環(huán)性能好、可達(dá)700～800次。可替代鈷酸鋰的鋰電池正極材料。
文檔編號(hào)H01M4/48GK101800308SQ20101014745
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日
發(fā)明者劉寶峰, 劉恒, 楊勇 申請(qǐng)人:無(wú)錫萬(wàn)達(dá)金屬粉末有限公司