一种基于静态混合器装置制备锂离子电池正极材料的方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于静态混合器装置制备锂离子电池正极材料的方法，是用蠕动泵分别将可溶性过渡金属盐溶液和沉淀剂溶液同时泵入静态混合器中，两种溶液在静态混合器中发生共沉淀反应，得到正极材料前驱体，再与锂盐混合焙烧，即得到锂离子电池正极材料。本发明专利技术的方法，制备周期短、无需加入络合剂，具有效率高、能耗低、体积小、投资省、易于连续化生产的优势，且所得正极材料粒径均匀，具有优异的倍率性能和循环性能。

A method of preparing positive electrode material of lithium ion battery based on static mixer

【技术实现步骤摘要】
一种基于静态混合器装置制备锂离子电池正极材料的方法
本专利技术属于新能源材料领域，涉及锂离子电池正极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池以其能量密度大、工作电压高、循环寿命长、工作温度范围广和安全无记忆效应等优点，在市场上得到了广泛应用。目前，锂离子电池正极材料的合成方法主要有固相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、喷雾热解法、微乳液法等，其中最为常用的是共沉淀法。共沉淀法是指将过渡金属盐溶液加到反应釜中，与沉淀剂在一定的pH条件下发生沉淀反应，后续经过离心、洗涤、干燥后得到前驱体，最后将前驱体与锂盐共同研磨混合，再经过煅烧得到锂离子电池正极材料的一种方法。目前的工艺所制备的正极材料粒径均匀性难以控制，制备周期较长，且制备过程中需要加入络合剂如氨水等，会对环境造成二次污染，同时制备过程中对pH的范围要求严苛。
技术实现思路
为避免上述现有技术所存在的不足之处，本专利技术公开了一种基于静态混合器装置制备锂离子电池正极材料的方法，旨在获得粒径分布均匀的正极材料。本专利技术为实现专利技术目的，采用如下技术方案：一种基于静态混合器装置制备锂离子电池正极材料的方法，其特点在于：用蠕动泵分别将可溶性过渡金属盐溶液和沉淀剂溶液同时泵入静态混合器中，两种溶液在静态混合器中发生共沉淀反应后流出到收集陈化容器中；收集陈化容器内反应液经静置后，再经离心过滤或抽滤、洗涤、烘干，得到正极材料前驱体；将所述正极材料前驱体与锂盐固相研磨混合均匀，然后放置于焙烧炉中进行焙烧，完成后自然冷却至室温，即得到锂离子电池正极材料。具体的，本专利技术基于静态混合器装置制备锂离子电池正极材料的方法，包括如下步骤：(1)室温下，根据所合成目标产物的元素组成，将相应过渡金属的可溶性盐溶解于水中，配置成浓度为0.02～5.0M的可溶性过渡金属盐溶液；室温下，将沉淀剂溶解于去离子水中，配置成浓度为0.1～5.0M的沉淀剂溶液；(2)用蠕动泵分别将可溶性过渡金属盐溶液和沉淀剂溶液同时泵入静态混合器中，两种溶液在静态混合器中发生共沉淀反应后流出到收集陈化容器中；反应液在收集陈化容器内静置1～24h后，再经离心过滤或抽滤、水和乙醇依次洗涤、80～120℃烘干1～12h，得到正极材料前驱体；(3)将所述正极材料前驱体与锂盐混合均匀后，充分研磨1～4h，然后置于焙烧炉中，先在350～500℃煅烧4～8h，再在700～900℃焙烧10～24h，完成后自然冷却至室温，即得到锂离子电池正极材料产品。进一步地：所述过渡金属为镍、钴、锰和铝中的至少一种；所述过渡金属的可溶性盐为氯化盐、硫酸盐、硝酸盐和乙酸盐中的至少一种。进一步地，所述沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠和草酸中的至少一种。进一步地，所述锂盐为氯化锂、氢氧化锂、硝酸锂、草酸锂、碳酸锂或乙酸锂。进一步地，所述可溶性过渡金属盐溶液的泵入速率为0.1mL/min～50mL/min，所述沉淀剂溶液的泵入速率依据所述可溶性过渡金属盐溶液的浓度以及泵入速率控制，以保证所加入金属盐与沉淀剂的摩尔比为1:2～5。进一步地，所述锂盐的加入量是在化学计量比的基础上，保证锂盐过量5～10wt.％。进一步地，步骤(3)中，焙烧时的升温速率为2～6℃/min。本专利技术的方法对所用静态反应器的具体结构、尺寸、材质等物特殊要求，如：静态反应器由圆形管道和内部放置的混合单元组成；静态混合器内部混合单元可以是单孔道左、右扭转的螺旋片形式，也可以是由双孔道组成、孔道内放置螺旋片的形式。管道内径尺寸可为3mm～30mm，长度可为100mm～1000mm，内部单元的尺寸与管道的尺寸相对应。材质可为不锈钢、玻璃、有机玻璃、塑料等。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：本专利技术基于静态混合器制备锂离子电池正极材料，制备周期短、无需加入络合剂，具有效率高、能耗低、体积小、投资省、易于连续化生产的优势，且所得正极材料粒径均匀，具有优异的倍率性能和循环性能。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的XRD图；图2为本专利技术实施例1制备的三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2前驱体(a)和产物(b)的FESEM图；图3为本专利技术实施例1制备的三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2不同倍率下的充放电曲线图和倍率性能图；图4为本专利技术实施例1制备的三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在0.5C倍率下的循环性能图；图5为本专利技术实施例2制备的富锂材料0.5Li2MnO3·0.5LiCo0.5Mn0.5O2的XRD图；图6为本专利技术实施例2制备的富锂材料0.5Li2MnO3·0.5LiCo0.5Mn0.5O2前驱体(a)和产物(b)的FESEM图；图7为本专利技术实施例2制备的富锂材料0.5Li2MnO3·0.5LiCo0.5Mn0.5O2粒径分布图；图8为本专利技术实施例2制备的富锂材料0.5Li2MnO3·0.5LiCo0.5Mn0.5O2在不同倍率下的充放电曲线图和倍率性能图；图9为本专利技术实施例2制备的富锂材料0.5Li2MnO3·0.5LiCo0.5Mn0.5O2在1C倍率下的循环性能图；图10为本专利技术实施例3制备的钴锰材料LiCo0.75Mn0.25O2的XRD图；图11为本专利技术实施例3制备的钴锰材料LiCo0.75Mn0.25O2的前驱体的FESEM图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1：三元“111”LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的制备室温下，分别称取3.733g四水合乙酸镍、3.736g四水合乙酸钴和3.676g四水合乙酸锰加入到150mL去离子水中，搅拌至金属盐全部溶解，得到混合金属离子溶液，标记为A溶液；称取11.346g草酸加入到600mL去离子水中，搅拌至溶解，得到草酸溶液，标记为B溶液。将A溶液按照1.25mL/min的速率、B溶液按照5.00mL/min的速率通过蠕动泵同时泵入静态混合器中，两种液体在静态混合器中发生共沉淀反应后流出到收集陈化容器中，静置5h后，离心过滤，用水和乙醇依次洗涤4次，再于80℃烘干12h，得到草酸盐前驱体。将上述制备的草酸盐前驱体与锂盐按化学计量比1：1.05混合后研磨充分，然后置于焙烧炉中，先在450℃煅烧4h，再在750℃焙烧15h，升温速率为2℃/min，完成后自然冷却至室温，得到LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料。图1为本实施例所得产物的XRD图，从图中可以看出LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料为α-NaFeO2-型层状结构，属R3m空间；具有与LiCoO2类似的层状结构，锂离子占据3a位置，过渡金属离子(Ni，Co，Mn)占据3b位置，氧原子占据6c。图2为本实施例所得扇形草酸盐前驱体(a)和产物(b)的FESEM图，从图中可以看出材料的直径为4～6μm，分布较均匀，无明显的团聚现象。将本实施例所得的三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2与乙炔黑、聚偏氟乙烯(PVDF)以配比8:1:1(质量比)充分混合，调成糊状均匀涂敷在铝箔上，涂敷厚度为75μm，于80℃烘干、辊压后剪切做成直径为12m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于静态混合器装置制备锂离子电池正极材料的方法，其特征在于：用蠕动泵分别将可溶性过渡金属盐溶液和沉淀剂溶液同时泵入静态混合器中，两种溶液在静态混合器中发生共沉淀反应后流出到收集陈化容器中；收集陈化容器内反应液经静置后，再经离心过滤或抽滤、洗涤、烘干，得到正极材料前驱体；将所述正极材料前驱体与锂盐固相研磨混合均匀，然后放置于焙烧炉中进行焙烧，完成后自然冷却至室温，即得到锂离子电池正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于静态混合器装置制备锂离子电池正极材料的方法，其特征在于：用蠕动泵分别将可溶性过渡金属盐溶液和沉淀剂溶液同时泵入静态混合器中，两种溶液在静态混合器中发生共沉淀反应后流出到收集陈化容器中；收集陈化容器内反应液经静置后，再经离心过滤或抽滤、洗涤、烘干，得到正极材料前驱体；将所述正极材料前驱体与锂盐固相研磨混合均匀，然后放置于焙烧炉中进行焙烧，完成后自然冷却至室温，即得到锂离子电池正极材料。2.根据权利要求1所述的基于静态混合器装置制备锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)室温下，根据所合成目标产物的元素组成，将相应过渡金属的可溶性盐溶解于水中，配置成浓度为0.02～5.0M的可溶性过渡金属盐溶液；室温下，将沉淀剂溶解于去离子水中，配置成浓度为0.1～5.0M的沉淀剂溶液；(2)用蠕动泵分别将可溶性过渡金属盐溶液和沉淀剂溶液同时泵入静态混合器中，两种溶液在静态混合器中发生共沉淀反应后流出到收集陈化容器中；反应液在收集陈化容器内静置1～24h后，再经离心过滤或抽滤、水和乙醇依次洗涤、80～120℃烘干1～12h，得到正极材料前驱体；(3)将所述正极材料前驱体与锂盐混合均匀后，充分研磨1～4h，然后置于焙烧炉中，先在350～500℃煅烧4～8h，再在700～900℃焙烧10～24h，完成后...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐拔明，杨则恒，杨宏，朱继生，张卫新，李文明，唐伟建，曹俊，张秋歌，
申请(专利权)人：铜陵金泰电池材料有限公司，合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34