一种基于碳酸盐前驱体制备多元正极材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于碳酸盐前驱体制备多元正极材料的方法。本发明专利技术采用碳酸盐作为前驱体利于锰含量高的正极材料电化学性能发挥，混料过程中利用热源氧化避免后期烧结过程中大量二氧化碳逸出造成材料疏松压实密度较低等问题，同时利用混料预热大量二氧化碳逸出提高后期材料烧结过程中的装钵量。本发明专利技术将碳酸盐前驱体与锂源混合在热源辅助的一定温度下混合均匀，在热源辅助混合过程中碳酸盐在一定温度下氧化分解生成氧化物，避免前驱体和锂源直接混合烧结过程中大量二氧化碳逸出导致材料烧结过程中破碎影响正极材料本身的压实和比表面积，上述方法得到振实密度、压实密度高的正极材料利于正极材料放电容量发挥尤其适用于锂离子动力电池的制造。

A Method of Preparing Multivariate Cathode Materials Based on Carbonate Precursor

The invention provides a method for preparing multicomponent cathode material based on carbonate precursor. Carbonate is used as the precursor for the electrochemical performance of the cathode material with high manganese content. During the mixing process, heat source oxidation is used to avoid the problems of loose compaction density caused by a large amount of carbon dioxide escaping during the later sintering process, and a large amount of carbon dioxide escaping from the mixing material is used to improve the loading capacity during the later sintering process. The invention mixes carbonate precursor and lithium source uniformly at a certain temperature assisted by heat source, oxidizes and decomposes carbonate to form oxides at a certain temperature in the process of heat source assisted mixing, and avoids the crushing of materials during sintering due to a large amount of carbon dioxide escaping from the precursor and lithium source, which affects the compaction and specific surface area of the cathode material itself. The cathode materials with high compaction density and compaction density obtained by this method are beneficial to the discharge capacity of cathode materials, especially for the manufacture of lithium ion power batteries.

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳酸盐前驱体制备多元正极材料的方法
本专利技术属于锂电池
，具体涉及一种基于碳酸盐前驱体制备多元正极材料的方法。
技术介绍
动力锂离子电池已成为新能源汽车核心，随着人们对续航历程的最求，开发300Wh/Kg的电池体系引起人们的关注，正极材料在锂离子电池中起到至关重要的作用，随着市场对电动汽车续航里程的需求，要提高锂离子电池整体的能量密度，研究高性能的正极材料具有极大的意义。多元材料包括富锂锰基正极材料以其较高的能量密度是潜在的长续航动力锂离子电池候选正极材料。上述多元材料是一种利用不同元素之间的协调效应使其在具备高的放电容量、高的倍率性能、优异的循环性能取得较好的平衡点。对多元材料合成方法通常是首先通过共沉淀的方法进行单纯阳离子的共沉淀做出多元前驱体，将上述前驱体与锂盐混合烧结之后再进行元素的表面包覆处理，得到性能优异的多元正极材料。共沉淀方法主要是通过将多元金属离子与络合剂氨水等络合再与氢氧化物沉淀剂共沉淀得到氢氧化物前驱体，此种方法有量大弊端：一是，所使用络合剂通常是高浓度氨水，车间生产环境恶劣，同时高浓度氨水使用造成生产过程中的废水氨氮过高废水处理成本较高；二是，采用氢氧化物沉淀剂过渡金属沉淀率不高，往往废水中重金属离子浓度超标，废水处理成本高；三是，基于锰含量较高的多元组分采用氢氧化物作为沉淀剂所得材料性能偏差。也有采用碳酸盐作为沉淀剂但是碳酸盐前驱体工艺也存在一定的弊端；一是，工艺不能稳定的控制，二是，采用碳酸盐作为沉淀剂制的碳酸盐前驱体混锂烧结，由于碳酸盐多元前驱体通常比较蓬松前驱体振实密度、压实密度较低；三是，后期碳酸盐前驱体混锂，在后期烧结过程中大量二氧化碳逸出，材料只能选择较低装钵量才能保证材料电化学性能稳定的发挥，四是，采用碳酸盐前驱体所得正极材料振实密度实密度较低，不利于材料能量密度的发挥。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种基于碳酸盐前驱体制备多元正极材料的方法，本专利技术提供的方法简单，可以得到振实密度、压实密度高的正极材料。本专利技术提供了一种基于碳酸盐前驱体制备多元正极材料的方法，包括以下步骤：将镍钴锰多元碳酸盐前驱体与锂盐在加热条件下进行混合后进行烧结，得到正极材料，所述加热条件的温度为370～530℃。优选的，所述混合采用混料机进行混合，所述混料机选自高速混料机、V性混料机或斜式混料机。优选的，所述混料机中的混料容器外侧还设置有加热夹套。优选的，所述加热条件的热源为利用夹套导热油加热或利用物料高速过程中自身产生的热量。优选的，所述镍钴锰多元碳酸盐前驱体为NixCoyMn1-x-yCO3，其中，0<x<1，0≤y<1，x+y<1。优选的，所述镍钴锰多元碳酸盐前驱体按照如下方法进行制备：A)将含镍化合物、含钴化合物、含锰化合物和水混合，得到混合溶液；B)将所述混合溶液、络合剂、碳酸盐沉淀剂混合进行反应，得到镍钴锰多元碳酸盐前驱体。优选的，所述含镍化合物选自硫酸镍、氯化镍、硝酸镍、醋酸镍的一种或多种；所述含钴化合物选自硫酸钴、氯化钴、硝酸钴、醋酸钴的一种或多种；所述含锰化合物选自硫酸锰、氯化锰、硝酸锰、醋酸锰的一种或多种；所述混合溶液中，含镍化合物、含钴化合物和含锰化合物的总浓度为1～3.5mol/L；所述络合剂选自氨水溶液，尿酸，乙酸铵，柠檬酸的一种或多种，所述络合剂的浓度为1.5～3.5mol/L；所述碳酸盐沉淀剂选自碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵的一种或多种，所述沉淀剂的浓度为0.1～3mol/L；所述络合剂的摩尔数与混合溶液中镍离子、钴离子和锰离子的总摩尔的比值为(1～20):1。优选的，所述锂盐选自碳酸锂；所述镍钴锰多元碳酸盐前驱体与锂盐的摩尔比为1：(1～1.6)。优选的，所述正极材料为Li1+aNixCoyMn1-x-yO2其中，0≤a<1,0<x<1，0≤y<1，x+y<1。优选的，所述烧结的温度为780～890℃，所述烧结的时间为10～24h。与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于碳酸盐前驱体制备多元正极材料的方法，包括以下步骤：将镍钴锰多元碳酸盐前驱体与锂盐在加热条件下进行混合后进行烧结，得到正极材料，所述加热条件的温度为370～530℃。本专利技术采用碳酸盐作为前驱体利于锰含量高的正极材料电化学性能发挥，混料过程中利用热源氧化避免后期烧结过程中大量二氧化碳逸出造成材料疏松压实密度较低等问题，同时利用混料预热大量二氧化碳逸出提高后期材料烧结过程中的装钵量，降低生产成本。本专利技术将碳酸盐前驱体与锂源混合在热源辅助的一定温度下混合均匀，在热源辅助混合过程中碳酸盐在一定温度下氧化分解生成氧化物，避免前驱体和锂源直接混合烧结过程中大量二氧化碳逸出导致材料烧结过程中破碎影响正极材料本身的压实和比表面积，上述方法得到振实密度、压实密度高的正极材料利于正极材料放电容量发挥尤其适用于锂离子动力电池的制造。具体实施方式本专利技术提供了一种基于碳酸盐前驱体制备多元正极材料的方法，包括以下步骤：将镍钴锰多元碳酸盐前驱体与锂盐在加热条件下进行混合后进行烧结，得到正极材料，所述加热条件的温度为370～530℃。在本专利技术中，所述镍钴锰多元碳酸盐前驱体为NixCoyMn1-x-yCO3，其中，0<x<1，0≤y<1，x+y<1，优选的，0<x+y<0.5。其中，所述镍钴锰多元碳酸盐前驱体按照共沉淀法制备得到，具体方法为：A)将含镍化合物、含钴化合物、含锰化合物和水混合，得到混合溶液；B)将所述混合溶液、络合剂、碳酸盐沉淀剂混合进行反应，得到镍钴锰多元碳酸盐前驱体。本专利技术首先将含镍化合物、含钴化合物、含锰化合物和水混合，得到混合溶液。其中，所述含镍化合物选自水溶性镍盐，优选为硫酸镍、氯化镍、硝酸镍、醋酸镍的一种或多种；所述含钴化合物选自水溶性钴盐，优选为硫酸钴氯化钴、硝酸钴、醋酸钴的一种或多种；所述含锰化合物选自硫酸锰、氯化锰、硝酸锰、醋酸锰的一种或多种；所述混合溶液中，含镍化合物、含钴化合物和含锰化合物的总浓度为1～3.5mol/L，优选为1.5～3mol/L，更优选为2.0～2.5mol/L。得到混合溶液后，将混合溶液、络合剂、碳酸盐沉淀剂混合进行反应，得到镍钴锰多元碳酸盐前驱体。其中，所述络合剂选自氨水溶液，所述络合剂的浓度为1.5～3.5mol/L，优选为2.0～3.0mol/L。所述碳酸盐沉淀剂选自碳酸钠、碳酸氢钠碳酸铵、碳酸氢铵的一种或多种，所述沉淀剂的浓度为0.1～3mol/L，优选为0.1～1.0mol/L，更优选为0.1～0.5mol/L。所述络合剂的摩尔数与混合溶液中镍离子、钴离子和锰离子的总摩尔的比值为(1～20):1，优选为(1～10)：1，进一步优选为(2～5)：1。在本专利技术中，调节沉淀剂的流量使溶液的pH为7.5～9.5，优选为8.0～9.0。共沉淀反应连续得到镍钴锰前驱体中间体，所述镍钴锰前驱体中间体经过继续反应后得到反应产物。将反应产物进行分离洗涤，得到镍钴锰多元碳酸盐前驱体。本专利技术对所述分离洗涤的方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的分离洗涤的方法即可。得到镍钴锰多元碳酸盐前驱体之后，将镍钴锰多元碳酸盐前驱体与锂盐在加热条件下进行混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于碳酸盐前驱体制备多元正极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：将镍钴锰多元碳酸盐前驱体与锂盐在加热条件下进行混合后进行烧结，得到正极材料，所述加热条件的温度为370～530℃。

【技术特征摘要】
1.一种基于碳酸盐前驱体制备多元正极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：将镍钴锰多元碳酸盐前驱体与锂盐在加热条件下进行混合后进行烧结，得到正极材料，所述加热条件的温度为370～530℃。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合采用混料机进行混合，所述混料机选自高速混料机、V性混料机或斜式混料机。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述混料机中的混料容器外侧还设置有加热夹套。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热条件的热源为利用夹套导热油加热或利用物料高速过程中自身产生的热量。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镍钴锰多元碳酸盐前驱体为NixCoyMn1-x-yCO3，其中，0<x<1，0≤y<1，x+y<1。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述镍钴锰多元碳酸盐前驱体按照如下方法进行制备：A)将含镍化合物、含钴化合物、含锰化合物和水混合，得到混合溶液；B)将所述混合溶液、络合剂、碳酸盐沉淀剂混合进行反应，得到镍钴锰多元碳酸盐前驱体。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述含镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾庆文，赛喜雅勒图，施国民，刘兆平，
申请(专利权)人：宁波富理电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33