一步烧结制备高能量密度镍锰酸锂的方法技术

本发明专利技术属于锂离子正极材料技术领域，具体而言，涉及一种高能量密度镍锰酸锂材料及其制备方法。本发明专利技术一步烧结制备高能量密度镍锰酸锂的方法，包括以下步骤：（1）复合型快锂离子导体LiAl2NbO6的制备：将碳酸锂、氢氧化铝和五氧化二铌取样、均混、烧结而得；（2）将锂源、镍源、锰源和快锂离子导体按一定的比例取样，先球磨粗混，再对粗混采用气流磨亚微米化统一调整原料颗粒度，最后采用高混机均质精混；（3）将精混原料在一定温度下煅烧，并保温一定的时间，对所得煅烧物进行破碎、过筛、分级除磁包装处理。分级除磁包装处理。分级除磁包装处理。

【技术实现步骤摘要】
一步烧结制备高能量密度镍锰酸锂的方法


[0001]本专利技术属于锂离子正极材料
，具体而言，涉及一种高能量密度镍锰酸锂材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着全球不可再生能源逐渐减少和环境问题日益严峻,开发高效、安全、清洁和可再生的新能源刻不容缓,新能源相关技术也越来越成为社会关注的焦点。锂离子二次电池作为新一代绿色电池,具有高电压、高容量、质量轻、体积小、自放电少、无一记忆效应以及循环寿命长等优点而倍受各国政府和科技工作者们的关注。目前高电压正极材料是非常适合作为电动汽车以及混合动力汽车的电源设备的，尖晶石镍锰酸锂是正在研发具有诱人前景的锂离子电池正极材料,具有低成本,低毒性和良好的安全性能以及较高的工作电压4.7V，目前该材料的能量密度已做到600Wh/kg以上。但是，一方面镍锰酸锂材料在较高工作电压下，易受电解液的分解物腐蚀而持续消耗，造成晶体结构的崩塌，影响循环稳定性；另一方面，振实密度作为比能量的另一个重要影响因素，其研究手段缺乏，基于广泛的商用化应用角度考虑，制备出一种高能量密度尖晶石型镍锰酸锂正极材料将是决定该材料应用前景的重要因素。

技术实现思路

[0003]本专利技术一步烧结制备高能量密度镍锰酸锂的方法，采用自制快锂离子导体LiAl2NbO6为包覆剂，将锂、镍、锰源等化合物采用研磨+细磨+精混的方式进行均质处理后，一步烧结完成，具体方案如下：一步烧结制备高能量密度镍锰酸锂的方法，包括以下步骤：（1）复合型快锂离子导体LiAl2NbO6的制备：将碳酸锂、氢氧化铝和五氧化二铌取样、均混、烧结而得；（2）将锂源、镍源、锰源和快锂离子导体按一定的比例取样，先球磨粗混，再对粗混采用气流磨亚微米化统一调整原料颗粒度，最后采用高混机均质精混；（3）将精混原料在一定温度下煅烧，并保温一定的时间，对所得煅烧物进行破碎、过筛、分级除磁包装处理。
[0004]步骤（1）中碳酸锂、氢氧化铝和五氧化二铌中Li元素:Al元素:Nb元素=1:2:1（物质的量）。
[0005]步骤（1）中烧结为空气气氛炉中750℃烧结6h，之后常温冷却。
[0006]步骤（2）中锂源、镍源和锰源中Li元素:(Mn元素:Ni元素=3
‑
4)=1.03:2配比进行。
[0007]步骤（2）中快锂离子导体包覆剂用量取样是理论制备镍锰酸锂量的1
‑
1.5%。
[0008]步骤（2）中球磨机粗混设定35Hz和60min。
[0009]步骤（2）中统一调整原料颗粒度至0.6
‑
3.5μm。
[0010]步骤（2）中高混机设定800r/min和30min。
[0011]步骤（3）中煅烧设定温度780
‑
850℃，保温时间10
‑
18h，通氧气或空气流速控制1
‑
2m2/min。
[0012]本专利技术提供了一种一步烧结制备高能量密度镍锰酸锂的方法。采用快锂离子导体LiAl2NbO6为包覆剂，将锂、镍、锰源等化合物采用研磨+细磨+精混的方式进行均质处理后，一步烧结完成。所得材料中粒径5
‑
8μm，在5V充、3.5V放电制度下，1C放电克容量≥135mAh/g，单位能量密度达到650Wh/kg以上，200圈循环容量保持≥92%，振实密度≥2.2g/cm
3 。该方法设备操作简单，可进行工业应用。且固相合成无废水污染，制备工艺生产成本低，得到的产品放电克容量、循环和倍率性能优秀。
[0013]本专利技术具有如下优点：1.混料工艺的改进研磨（球磨粗混）+细磨（气流磨亚微米化）+精混（高混机均质精混），使所有的原料混合后达到颗粒均一、均匀，一步烧结物料电性能优秀。
[0014]2.氢氧化铝、五氧化二铌与碳酸锂在较低的温度下可以共熔，降低碳酸锂的分解温度，而且此组合包覆镍锰酸锂可以提高制备材料的锂离子导通能力和振实密度，进而可以改善制备材料的综合性能（压实密度、克容量等性能）。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例1中制备镍锰酸锂正极材料SEM图；图2为本专利技术实施例1所制备镍锰酸锂正极材料的1C充放电曲线图；图3为本专利技术提供的实施例1和对比例7制备镍锰酸锂正极材料1C循环曲线图；图4为本专利技术实施例1所制备镍锰酸锂正极材料XRD图。
具体实施方式
[0016]包覆剂LiAl2NbO6的制备：将电池级碳酸锂、氢氧化铝和五氧化二铌按元素Li:Al:Nb=1:2:1物质的量比取样、研磨均混，在空气气氛炉中750℃烧结6h，常温冷却。
[0017]实施例1取样配比：依据Li:(Mn:Ni=3.5)=1.03:2的物质的量配比进行取样碳酸锂、氢氧化镍、四氧化三锰，自制包覆剂LiAl2NbO6用量为理论制备镍锰酸锂量的1.2%。
[0018]混料：设定球磨机频率为35Hz，对取样料粗混60min，再对粗混料采用气流磨统一粉碎调整原料颗粒度2.5μm，最后，设定高混机转速800r/min，均质精混30min。
[0019]烧结：采用空气窑炉，设定温度820℃，保温时间16h，通氧气或空气流速控制2m2/min；后处理：对所得煅烧物进行破碎、过筛、分级除磁包装处理。
[0020]图1为本专利技术实施例1制备的镍锰酸锂正极材料镍锰酸锂正极材料的XRD图，与镍锰酸锂标准图谱（JCPDS no.80
‑
2162）的特征峰相同，无杂项。
[0021]图2为实施例1制备的镍锰酸锂正极材料SEM图，与激光粒度仪测试中粒度约6μm相近，振实密度为2.35 g/cm3。
[0022]CR2032型电性能检测：正极片按照活性物质：乙炔黑：PVDF=9:0.5:0.5的质量比称取,涂覆片于105℃干燥8h，以金属锂片为负极，采用新威电池测试仪测试,电压测试范围3.5V
‑
5V，测试温度25℃。
[0023]实施例1正极材料制作的电池1C放电比容量约为136.5mAh/g，200圈循环后容量保持92.5%。
[0024]实施例2取样配比：依据Li:(Mn:Ni=3.5)=1.04:2的物质的量配比进行取样氢氧化锂、氢氧化镍、氢氧化锰，自制包覆剂LiAl2NbO6用量为理论制备镍锰酸锂量的1.2%。
[0025]混料：设定球磨机频率为35Hz，对取样料粗混60min，再对粗混料采用气流磨统一粉碎调整原料颗粒度3μm，最后，设定高混机转速800r/min，均质精混30min。
[0026]烧结：采用空气窑炉，设定温度820℃，保温时间16h，通氧气或空气流速控制2m2/min；后处理：对所得煅烧物进行破碎、过筛、分级除磁包装处理。
[0027]实施例2制备材料中粒度约8μm相近，振实密度为2.35 g/cm3。电池测试1C放电比容量约为137mAh/g，200圈循环后容量保持92.5%。
[0028]实施例3取样配比：依据Li:(Mn:Ni=3)=1.03本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一步烧结制备高能量密度镍锰酸锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）复合型快锂离子导体LiAl2NbO6的制备：将碳酸锂、氢氧化铝和五氧化二铌取样、均混、烧结而得；（2）将锂源、镍源、锰源和快锂离子导体按一定的比例取样，先球磨粗混，再对粗混采用气流磨亚微米化统一调整原料颗粒度，最后采用高混机均质精混；（3）将精混原料在一定温度下煅烧，并保温一定的时间，对所得煅烧物进行破碎、过筛、分级除磁包装处理。2.如权利要求1所述的一步烧结制备高能量密度镍锰酸锂的方法，其特征在于：步骤（1）中碳酸锂、氢氧化铝和五氧化二铌中Li元素:Al元素:Nb元素=1:2:1（物质的量）。3.如权利要求1所述的一步烧结制备高能量密度镍锰酸锂的方法，其特征在于：步骤（1）中烧结为空气气氛炉中750℃烧结6h，之后常温冷却。4.如权利要求1所述的一步烧结制备高能量密度镍锰酸锂的方法，其特征在于：步骤（2）中锂源、镍源和锰源中Li元素:(Mn元素:Ni元素=3
‑
4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：许泽辉，杨玉婷，郝晶淼，曹栋强，龚丽锋，罗松国，
申请(专利权)人：安徽格派新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：