一种纳米尖晶石型镍钴锰酸锂的制备方法技术

本发明专利技术提供一种纳米尖晶石型镍钴锰酸锂的制备方法，包括以下步骤：第一步、制备纳米级镍钴锰酸锂前驱体，具体是：将镍盐、钴盐和锰盐混合均匀配成混合液后加入超重力场反应器中进行反应；将反应后溶液依次进行过滤、洗涤和干燥处理，即得纳米级前驱体；第二步、将第一步所得纳米级前驱体与锂盐混合均匀后依次进行预烧、焙烧和退火过程，即得纳米尖晶石型镍钴锰酸锂粉末。本发明专利技术具有以下优点：工艺简单，成本低廉，易操作，可快速批量生产；制备的镍钴锰酸锂粒径可控(平均粒径约为200nm)，粒径分布窄，无团聚，结晶度高且晶型完整。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池材料制备
，具体涉及一种纳米尖晶石型镍钴锰酸锂LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4的制备方法。
技术介绍
锂离子电池正极材料是锂离子电池发展的关键和核心技术，也是锂离子电池研究的主要方向和热点。综合LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2三类材料的优点，形成LiCoO2/LiNiO2/LiMnO2的共熔体系可组合成含有镍钴锰三元素的新型过渡金属嵌锂氧化物复合材料，其通式为LiCoxMnyNi(1-x-y)O2(0<x<0.5，0<y<0.5)，其综合性能优于任一单组合化合物，存在明显的三元协同效应：主要工作区间位于2.5～4.6V，具有较高的放电比容量，且在充放电过程中，能保持层状结构的特征。由于其具有良好的电化学性能(如比容量大、循环性能好和工作电压高等)、热力学稳定性、安全性好且价格低廉，因此，它最具潜力成为下一代锂离子二次电池的正极材料。为了得到优良的电化学性能，一般认为所制备的镍钴锰酸锂应该具有晶型完整、结构稳定、颗粒均匀、大的比表面积等特征。目前，制备镍钴锰酸锂的主要方法有：(1)高温固相烧结法，此方法操作简单，制备条件易于控制，容易进行工业化生产，但能耗大，制备的产品颗粒大，颗粒形貌难以控制，产品批次重复性差。(2)喷雾热解法，此方法粉体纯度高、形貌好、粒度分布均匀，工艺过程简单，可连续化生产、产量大，但是颗粒较大。(3)溶胶—凝胶法等，此方法生产周期长，不利于工业化生产。(4)改进的方法，详情如下：中国专利技术专利申请CN103794778A公开了一种采用锰盐、钴盐、镍盐共沉淀法制备高密度球形镍钴锰酸锂，颗粒均匀，堆积密度大，但是反应时间较长，颗粒较大，未达到纳米级。中国专利技术专利CN103280575A采用氢氧化镍钴锰或羟基氧化镍钴锰粉末和碳酸锂粉末混合高温煅烧的方法，该方法制备的镍钴锰酸锂，具有体积容量密度大、安全性高、充放电循环耐久性好，但是该法需要高温，并易聚集，颗粒较大，不适合工业生产。中国专利技术专利申请CN104319384A采用溶胶—凝胶法制备镍钴锰酸锂，所得产物粒度均匀，无团聚，形貌结构一致。但颗粒较大，且流程繁杂。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种平均粒径为150nm、粒径分布窄、结晶度高且晶型完整的纳米尖晶石型镍钴锰酸锂的制备方法，具体技术方案如下：一种纳米尖晶石型镍钴锰酸锂的制备方法，包括以下步骤：第一步、制备纳米级Ni0.5Co0.05Mn1.45(OH)2前驱体，具体是：将镍盐、钴盐和锰盐混合均匀，配成总阳离子浓度为0.1-2.0mol/L的混合液；将混合液置于搅拌速率为400-1500rpm的超重力场反应器中进行反应，反应过程中加入氢氧化钠和氨水的混合碱溶液，控制反应后溶液的pH值为10.5-12.0；将反应后溶液依次进行过滤、洗涤和干燥处理，即得纳米级Ni0.5Co0.05Mn1.45(OH)2前驱体；第二步、制备纳米尖晶石型LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4，具体是：将第一步所得纳米级Ni0.5Co0.05Mn1.45(OH)2前驱体与锂盐混合均匀后依次进行预烧、焙烧和退火过程，即得纳米尖晶石型LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4粉末。以上技术方案中优选的，所述反应器为螺旋通道型旋转床或旋转填充床。以上技术方案中优选的，所述镍盐、钴盐、锰盐、锂盐按镍离子：钴离子：锰离子：锂离子的摩尔比为0.3-0.8：0.01-0.1：1.0-2.0：1.0-3.0的配比进行配料。以上技术方案中优选的，所述第二步中预烧、焙烧和退火均采用微波加热方式进行，温度变化速率为2-8℃/min。以上技术方案中优选的，所述第二步中预烧温度为400℃-700℃，预烧时间为4-7h；焙烧温度为700℃-950℃，焙烧时间为8-24h；退火温度为500℃-750℃，退火时间为7-15h。以上技术方案中优选的，所述镍盐为硫酸镍或硝酸镍，所述钴盐为硫酸钴或硝酸钴，所述锰盐为硫酸锰或硝酸锰，所述锂盐为硝酸锂或碳酸锂。以上技术方案中优选的，所述第一步中氢氧化钠溶液中氢氧化钠和浓度为25％-28％的氨水的摩尔比是1：4，氢氧化钠浓度与混合液总阳离子浓度的摩尔比是1：1。以上技术方案中优选的，所述第一步中干燥具体是：在温度为100℃-200℃的条件下鼓风干燥8-14h。应用本专利技术纳米尖晶石型镍钴锰酸锂LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4的制备方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术提供一种新型的制备纳米镍钴锰酸锂的方法，可制备出平均粒径为200nm、粒径分布窄、结晶度高且晶型完整的纳米尖晶石型镍钴锰酸锂，克服了现有技术制备钴镍锰酸锂的粒径分布不均、易团聚、晶相纯度低、结晶度不高等缺点。(2)本专利技术纳米级Ni0.5Co0.05Mn1.45(OH)2前驱体在超重力环境下(优选以气-液反应或液-液反应)制备得到，确保纳米级Ni0.5Co0.05Mn1.45(OH)2前驱体的粒度可控且分布均匀。(3)本专利技术预烧、焙烧和退火均采用微波加热方式进行，工序简单易行，生产周期短，且产物粒度均匀，结晶度高。(4)本专利技术的工艺步骤精简，设备容易得到，生产周期短，适合工业化生产。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术实施例1制备的纳米尖晶石型LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4的XRD图；图2为实施例1中制备的纳米尖晶石型LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4的SEM图；图3为实施例1中制备的纳米尖晶石型LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4的TEM图；图4是本专利技术实施例1-3制备的纳米尖晶石型LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4的XRD图；图5是本专利技术实施例1、4、5中制备的纳米尖晶石型LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4的XRD图；图6为实施例6制备的纳米尖晶石型LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4的SEM图；图7为对比实施例1制备的纳米尖晶石型LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4的XRD图；图8为对比实施例2制备的纳米尖晶石型LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4的SEM图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例1：一种纳米尖晶石型镍钴锰酸锂(LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4)的制备方法，包括以下步骤：第一步、制备纳米级Ni0.5Co0.05Mn1.45(OH)2前驱体，具体是：将镍盐、钴盐、锰盐按照配比混合均匀，配成总阳离子浓度为0.2mol/L的混合液；使用螺旋通道型旋转床超重力反应器产生超重力场，并控制超重力反应器转子转速为1000rpm，浆混合液置于超重力场中进行反应并循环，按配比往超重力场反应器中滴加由氢氧化钠和氨水组成的混合碱溶液，充分反应后得到反应后溶液(pH值为11.0)；将反应后溶液过滤，并用蒸馏水洗涤并干燥，即得纳米级Ni0.5Co0.05Mn1.45(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米尖晶石型镍钴锰酸锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、制备纳米级Ni0.5Co0.05Mn1.45(OH)2前驱体，具体是：将镍盐、钴盐和锰盐混合均匀，配成总阳离子浓度为0.1‑2.0mol/L的混合液；将混合液置于搅拌速率为400‑1500rpm的超重力场反应器中进行反应，反应过程中加入氢氧化钠和氨水的混合碱溶液，控制反应后溶液的pH值为10.5‑12.0；将反应后溶液依次进行过滤、洗涤和干燥处理，即得纳米级Ni0.5Co0.05Mn1.45(OH)2前驱体；第二步、制备纳米尖晶石型LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4，具体是：将第一步所得纳米级Ni0.5Co0.05Mn1.45(OH)2前驱体与锂盐混合均匀后依次进行预烧、焙烧和退火过程，即得纳米尖晶石型LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4粉末。

【技术特征摘要】
1.一种纳米尖晶石型镍钴锰酸锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、制备纳米级Ni0.5Co0.05Mn1.45(OH)2前驱体，具体是：将镍盐、钴盐和锰盐混合均匀，配成总阳离子浓度为0.1-2.0mol/L的混合液；将混合液置于搅拌速率为400-1500rpm的超重力场反应器中进行反应，反应过程中加入氢氧化钠和氨水的混合碱溶液，控制反应后溶液的pH值为10.5-12.0；将反应后溶液依次进行过滤、洗涤和干燥处理，即得纳米级Ni0.5Co0.05Mn1.45(OH)2前驱体；第二步、制备纳米尖晶石型LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4，具体是：将第一步所得纳米级Ni0.5Co0.05Mn1.45(OH)2前驱体与锂盐混合均匀后依次进行预烧、焙烧和退火过程，即得纳米尖晶石型LiNi0.5Co0.05Mn1.45O4粉末。2.根据权利要求1所述的纳米尖晶石型镍钴锰酸锂的制备方法，其特征在于，所述反应器为螺旋通道型旋转床或旋转填充床。3.根据权利要求2所述的纳米尖晶石型镍钴锰酸锂的制备方法，其特征在于，所述镍盐、钴盐、锰盐、锂盐按镍离子：钴离子：锰离子：锂离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：周继承，张祖喜，隗小山，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43