一种高电压改性锂离子动力电池材料镍锰酸锂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高电压改性锂离子动力电池材料镍锰酸锂的制备方法，将锰盐、镍盐材料混合通过溶胶凝胶法制备镍锰前驱体，镍锰前驱体与锂盐采用三维斜式混合机混合，经过预烧结、高温烧结，再掺杂金属阳离子进行混合，最后经低温烧结、气流粉碎和分级获得镍锰酸锂成品。本发明专利技术的控制点少，易于生产，所获得的产品稳定性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池材料
，特别是一种电池材料镍锰酸锂的制备方法。
技术介绍
锂离子动力电池是目前国内外公认的最有潜力的车载电池，主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解质等部分组成；其中，正极材料是锂离子电池的重要组成部分，也是决定锂离子电池性能的关键因素；因此，从资源、环保及安全性能方面考虑，寻找锂离子电池的理想电极活性材料仍是国际能源材料工作者所要解决的首要难题。目前已经商业化的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)和磷酸铁锂(LiFePO4)；钴酸锂是目前广泛应用于小型锂离子电池的正极材料，但由于钴有毒、资源储量有限价格昂贵，且钴酸锂材料作为正极材料组装的电池安全性和热稳定性不好，在高温下会产生氧气，满足不了动力电池的技术要求；锰酸锂虽然价格低廉、环保、安全、倍率性能和安全性能好，但是其理论容量不高，循环使用性能、热稳定性和高温性能较差，在应用中的最大问题是循环性能不好，特别是高温下，材料中的三价锰离子和大倍率放电时在颗粒表面形成的二价锰离子，使得材料在电解液中的溶解明显，最终破坏了锰酸锂的结构，也降低了材料的循环性能；目前在市场上真正能使用的锰酸锂材料都是通过改性措施得到的，这种改性措施一方面需要高规格的合成设备，另一方面也需要是以降低材料的可逆容量为代价，所以这些材料至今为至难以实现钴酸锂的替代；磷酸铁锂是近几年来引起广泛关注的新型锂离子电池正极材料，它具有优越的安全性能和良好的循环使用性能，有较好的应用前景，但是该材料的振实密度小和电压平台较低，故制作成电池后比能量低，使得其不适合应用于高能量密度要求的场合。就目前的技术而言，商用化的这几种正极材料相对于石墨负极的电压均在4V以下，从而限制了电池的功率，因此，开发高电压、高容量、安全和循环性能好的Ni掺杂的LiMn2O4的具有5V级LiNi0.5Mn1.5O4，对电动汽车用高功率锂离子动力电池的发展具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高电压改性锂离子动力电池材料镍锰酸锂的制备方法，制得的镍锰酸锂具有5.0V高电位放电平台，可以提供更高的工作电压以及能量和功率密度。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种高电压改性锂离子动力电池材料镍锰酸锂的制备方法，包括以下步骤：(1)锰盐、镍盐材料的的准备：将锰盐、镍盐材料按Mn:Ni摩尔比为3:1进行配料混合；(2)溶胶凝胶法制备镍锰前驱体：将步骤(1)所得的混合物加入螯合剂中，用碳酸氢氨调节pH在8～10，搅拌至粘稠，搅拌状态下加入纯净水，制作成金属Mn+Ni离子浓度为100～150g/l的溶液，加入助沉剂至沉淀完全，过滤，沉淀物干燥，得到镍锰前驱体；(3)三维斜式混合：采用三维斜式混合机将步骤(2)所得的镍锰前驱体与锂盐在介质下进行分散、混合2～4h，得中间体混合物；(4)预烧结：将步骤(3)所得的中间体混合物装入匣钵，送入推板窑进行烧结，烧结过程不间断的充入氧气，烧结温度500～600℃，恒温时间4～6h，得预烧结物料；(5)高温烧结：将步骤(4)所得的预烧结物料装入匣钵，送入推板窑进行烧结，烧结过程不间断的充入氧气，烧结温度800～900℃，恒温时间9.5～10.5h，得高温烧结物料；(6)掺杂混合：采用三维斜式混合机将步骤(5)所得的高温烧结物料与金属阳离子在介质下进行分散、混合，混合时间为2.5～3.5h，得掺杂物料；(7)第三次低温烧结：将步骤(6)所得的掺杂物料烧结，烧结温度为300～400℃，恒温时间4～6h；(8)后处理：将步骤(7)所获得的产品进行气流粉碎、分级即获得高电压改性锂离子动力电池材料镍锰酸锂成品。进一步的，步骤(3)中，镍锰前驱体中Mn+Ni和锂盐中Li的摩尔比为(0.95～1.0):1。进一步的，步骤(1)中，所述锰盐材料为硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种或几种；所述镍盐材料为硫酸镍、氯化镍、硫酸镍中的一种或几种；步骤(3)中，所述锂盐材料为碳酸锂。其中，对碳酸锂的质量要求为：按质量浓度计，Li2CO3≥99.5％、Li≥18.7％、Na≤200ppm、K≤200ppm、Ca≤100ppm、Mg≤100ppm、Fe≤50ppm、Cl-≤0.15％，且振实密度≥2.1g/cm3，松装密度≥1.2g/cm3。进一步的，步骤(6)中，所述金属阳离子为Mg2+、La3+、Ti4+或Al3+；更进一步的，高温烧结物料与金属阳离子混合，其中，金属Mn+Ni、金属阳离子来源化合物的质量比为1000:(4.5～2)。进一步的，所述步骤(3)和步骤(6)中斜式混合采用的介质为氧化锆球或聚氨酯球中的一种。在所述步骤(3)中，三斜斜式混合采用的介质为氧化锆球或聚氨酯球。进一步的，步骤(2)中，所述螯合剂为聚乙二醇-1000、聚乙二醇-2000、聚乙二醇-4000和聚乙二醇-10000中的一种或两种。进一步的，步骤(2)中，所述螯合剂的质量为金属Mn+Ni质量的80％～120％。进一步的，步骤(2)中，所述助沉剂为羟甲基纤维素，其加入的质量为金属Mn+Ni质量的3％～5％。以上所述的高电压改性锂离子动力电池材料镍锰酸锂的制备方法，具有以下优势：(1)混料均匀性更好：采用特殊的三维斜式混料工艺，使原材料接近于分子级水平混合均匀。(2)产品性能优异：在预烧结的过程中，通过金属离子掺杂改性技术，有效的改善镍锰酸锂的高温性能、加工性能和循环性能；另外，还采用改进的气流粉碎分级设备对成品进行后处理，生产出的产品粒度适中且分布均匀，振实密度大，使其在锂离子电池生产过程中具有良好的加工性能。(3)对原材料和设备要求较低：本方法采用简洁的工艺流程，使之更易于产业化；所用原材料和设备均产自国内厂家，大大降低了产业化成本。(4)产品稳定性更好：本方案由于控制点少，易于生产，产品性能稳定性好。(5)具有投资较少、技术可靠、运行费用低等优点，具有很好的经济效益，具有良好的市场推广价值。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围和应用范围不限于以下实施例：一、镍锰酸锂的制备实施例1(1)锰盐、镍盐材料的的准备：将硫酸锰、硫酸镍材料按Mn:Ni摩尔比为3:1进行配料混合；(2)溶胶凝胶法制备镍锰前驱体：将步骤(1)所得的混合物加入螯合剂聚乙二醇-1000中，螯合剂的质量为金属Mn+Ni质量的120％，用碳酸氢氨调节pH在8～10，搅拌至粘稠，搅拌状态下加入纯净水，制作成金属Mn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高电压改性锂离子动力电池材料镍锰酸锂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)锰盐、镍盐材料的的准备：将锰盐、镍盐材料按Mn:Ni摩尔比为3:1进行配料混合；(2)溶胶凝胶法制备镍锰前驱体：将步骤(1)所得的混合物加入螯合剂中，用碳酸氢氨调节pH在8～10，搅拌至粘稠，搅拌状态下加入纯净水，制作成金属Mn+Ni离子浓度为100～150g/l的溶液，加入助沉剂至沉淀完全，过滤，沉淀物干燥，得到镍锰前驱体；(3)三维斜式混合：采用三维斜式混合机将步骤(2)所得的镍锰前驱体与锂盐在介质下进行分散、混合2～4h，得中间体混合物；(4)预烧结：将步骤(3)所得的中间体混合物装入匣钵，送入推板窑进行烧结，烧结过程不间断的充入氧气，烧结温度500～600℃，恒温时间4～6h，得预烧结物料；(5)高温烧结：将步骤(4)所得的预烧结物料装入匣钵，送入推板窑进行烧结，烧结过程不间断的充入氧气，烧结温度800～900℃，恒温时间9.5～10.5h，得高温烧结物料；(6)掺杂混合：采用三维斜式混合机将步骤(5)所得的高温烧结物料与金属阳离子在介质下进行分散、混合，混合时间为2.5～3.5h，得掺杂物料；(7)第三次低温烧结：将步骤(6)所得的掺杂物料烧结，烧结温度为300～400℃，恒温时间4～6h；(8)后处理：将步骤(7)所获得的产品进行气流粉碎、分级即获得高电压改性锂离子动力电池材料镍锰酸锂成品。...

【技术特征摘要】
1.一种高电压改性锂离子动力电池材料镍锰酸锂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)锰盐、镍盐材料的的准备：将锰盐、镍盐材料按Mn:Ni摩尔比为3:1进行配料混合；
(2)溶胶凝胶法制备镍锰前驱体：将步骤(1)所得的混合物加入螯合剂中，用碳酸氢氨调
节pH在8～10，搅拌至粘稠，搅拌状态下加入纯净水，制作成金属Mn+Ni离子浓度为100～150g/l
的溶液，加入助沉剂至沉淀完全，过滤，沉淀物干燥，得到镍锰前驱体；
(3)三维斜式混合：采用三维斜式混合机将步骤(2)所得的镍锰前驱体与锂盐在介质下进
行分散、混合2～4h，得中间体混合物；
(4)预烧结：将步骤(3)所得的中间体混合物装入匣钵，送入推板窑进行烧结，烧结过程
不间断的充入氧气，烧结温度500～600℃，恒温时间4～6h，得预烧结物料；
(5)高温烧结：将步骤(4)所得的预烧结物料装入匣钵，送入推板窑进行烧结，烧结过程
不间断的充入氧气，烧结温度800～900℃，恒温时间9.5～10.5h，得高温烧结物料；
(6)掺杂混合：采用三维斜式混合机将步骤(5)所得的高温烧结物料与金属阳离子在介质
下进行分散、混合，混合时间为2.5～3.5h，得掺杂物料；
(7)第三次低温烧结：将步骤(6)所得的掺杂物料烧结，烧结温度为300～400℃，恒温时
间4～6h；
(8)后处理：将步骤(7)所获得的产品进行气流粉碎、分级即获得高电压改性锂离子动力
电池材料镍锰酸锂成品。
2.根据权利要求1所述的高电压改性锂离子动力电池材料镍锰酸锂的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中，镍锰前驱体中Mn+Ni和锂盐中Li的摩尔比为(0.95～1.0):1。
3.根据权利要求1所述的高电压改性锂离子动力电池材料镍锰酸锂的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中，所述锰盐材料为硫酸锰、硝酸锰、氯...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢道焕，李华成，陈南雄，钟晴，王习志，李春流，刘大可，杨英全，黎兆亮，
申请(专利权)人：中信大锰矿业有限责任公司大新锰矿分公司，
类型：发明
国别省市：广西;45