專利名稱：一種球形鎳錳二元材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池材料領域，特別涉及一種球形鎳錳二元材料的制備方法。
背景技術：
自層狀結構鈷酸鋰做正極材料制作的電池投入市場以來，鋰離子電池在各個領域日益顯示出重要性，電池材料快速發(fā)展，相繼出現(xiàn)各種特性的鋰離子電池材料。如錳酸鋰、鎳酸鋰、鎳鈷酸鋰、磷酸亞鐵鋰、鎳鈷錳三元材料等。人們對鋰離子電池的要求也越來越高，人們需要使用價格低、尺寸更小、循環(huán)壽命更長、重量更輕的鋰離子電池。而目前現(xiàn)有的鋰離子電池材料無法同時滿足以上性能，只有鎳酸鋰能滿足以上大部分的要求。由于鎳的價格相對較高，無法滿足人們對價格低的要求。因此本發(fā)明中將錳取代了部分的鎳，制備出的球形鎳錳二元材料不但具備了鎳酸鋰所具有的突出性能，而且由于錳的加入提高了正極材料的安全性和穩(wěn)定性，也降低了的成本。

發(fā)明內容
為了解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種工藝流程簡單，反應易于控制、球形度較好，振實密度高，循環(huán)壽命長，安全性能好且適合連續(xù)式工業(yè)化生產的球形鎳錳二元材料的制備方法。本發(fā)明采用的技術方案如下:
一種球形鎳錳二元材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
①、以純水為底液，溫度設定為40 80V’控制攪拌轉速為100 250 r/min,加入絡合劑溶液和氫氧化鈉溶液調節(jié)底液堿度至25 45 g/1, pH值為10.5 12.0 ;
②、將鎳鹽和錳鹽溶解成混合水溶液，混合均勻后總金屬離子濃度控制為0.5 2.0mol/1，再將氫氧化鈉溶液、絡合劑溶液和混合水溶液一起連續(xù)并流泵入底液中，40 80°C發(fā)生沉淀反應，控制攪拌轉速為100 250 r/min，控制反應體系的堿度、pH值以及料漿固含量，使反應物產生晶核，晶核生長為球形顆粒，反應料液由反應釜上部溢流口連續(xù)流出進入陳化釜，經洗滌壓濾機洗滌和真空干燥機干燥，得到球形鎳錳氫氧化物；
③、將球形鎳錳氫氧化物和鋰源混勻，在通氧條件下高溫煅燒，煅燒后經研磨后得到球形鎳猛二元材料。優(yōu)選地，所述鎳鹽為硫酸鎳、氯化鎳或硝酸鎳；所述錳鹽為硫酸錳、氯化錳或硝酸猛。進一步，所述鎳鹽、錳鹽的摩爾比為60 90:10 40。優(yōu)選地，所述絡合劑溶液為濃度為5 25%的氨水或銨鹽溶液。優(yōu)選地，所述氫氧化鈉溶液的濃度為10 30%。進一步，控制反應體系pH值為10.5 12.0，堿度為25 45 g/1，料漿固含量為100 300 g/1。
進一步，反應料液經洗滌壓濾機壓濾洗滌后的熱去離子水pH值控制為7.5 8.5，真空干燥機溫度控制為90 110 °C。進一步，球形鎳錳氫氧化物與鋰源的摩爾比為1.02 1.08:1，鋰源為電池級碳酸鋰、氫氧化鋰或硝酸鋰中的一種或多種。進一步，通氧條件下高溫煅燒的溫度控制為750 950 °C，煅燒時間為12 25 h。較為完善的是，所述球形鎳錳二元材料的振實密度為2.0 2.8 g/cm3,粒度為5 25 u m0本發(fā)明制備的球形鎳錳二元材料，具有電壓高，球形度較好，振實密度高，循環(huán)壽命長，安全性能好。另外，本發(fā)明對合成設備要求低、工藝流程簡單，反應易于控制，生產效率高，燒結工藝較簡單，適合連續(xù)式工業(yè)化生產，具有很廣闊的發(fā)展前景，市場潛力較大。


為了便于本領域技術人員理解，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。圖1是本發(fā)明實施例1制備產品的電鏡圖。
具體實施例方式實施例1
①、以純水為底液，溫度設定為60 °C，控制攪拌轉速為145 155 r/min，加入10%的氨水(體積百分含量，下同)和濃度為20% (重量百分含量，下同)的氫氧化鈉溶液調節(jié)底液堿度至30 g/l，pH值為10.5 11.0。②、將硫酸鎳和氯化錳按摩爾比為4:1溶解成混合水溶液，混合均勻后總金屬離子濃度控制為I mol/1。再將濃度為20%的氫氧化鈉溶液、10%的氨水和混合水溶液一起連續(xù)并流泵入底液中，60 °C發(fā)生沉淀反應，控制攪拌轉速為145 155 r/min，控制反應體系的堿度為28 32 g/l、pH值為10.5 11.0，料漿固含量為140 160 g/1。使反應物產生晶核，晶核生長為球形顆粒，反應料液由反應爸上部溢流口連續(xù)流出進入陳化釜，經洗滌壓濾機洗滌和真空干燥機干燥，從而得到球形鎳錳氫氧化物。壓濾洗滌后的熱去離子水PH值控制為7.5 8.0，真空干燥機溫度控制為90 100 °C。③、將球形鎳錳氫氧化物和硝酸鋰按摩爾比為1.02:1混勻，在通氧條件下高溫煅燒，高溫煅燒的溫度控制為740 760 °C，煅燒時間為12 h，煅燒后經研磨后得到的球形鎳錳二元材料的振實密度為2.0 2.2 g/cm3，粒度為5 15 Um0請參閱圖1，此球形鎳錳二元材料，球形度好，振實密度高。實施例2
①、以純水為底液，溫度設定為70 °C，控制攪拌轉速為195 205 r/min，加入15%的銨鹽溶液(重量百分含量，下同)和濃度為25%的氫氧化鈉溶液調節(jié)底液堿度至35 g/1, pH值為11.0 11.5。②、將硝酸鎳和硫酸錳按摩爾比為7:3溶解成混合水溶液，混合均勻后總金屬離子濃度控制為1.5 mol/1。再將濃度為25%的氫氧化鈉溶液、15%的銨鹽溶液和混合水溶液一起連續(xù)并流泵入底液中，70 °C發(fā)生沉淀反應，控制攪拌轉速為195 205 r/min，控制反應體系的堿度為33 37 g/l、pH值為11.0 11.5，料漿固含量為190 210 g/1。使反應物產生晶核，晶核生長為球形顆粒，反應料液由反應釜上部溢流口連續(xù)流出進入陳化釜，經洗滌壓濾機洗滌和真空干燥機干燥，從而得到球形鎳錳氫氧化物。壓濾洗滌后的熱去離子水PH值控制為7.5 8.5，真空干燥機溫度控制為95 105 °C。③、將球形鎳錳氫氧化物和氫氧化鋰按摩爾比為1.07:1混勻，在通氧條件下高溫煅燒，高溫煅燒的溫度控制為840 860 °C，煅燒時間為18 h，煅燒后經研磨后得到的球形鎳錳二元材料的振實密度為2.3 2.5 g/cm3，粒度為8 16 Um0實施例3
①、以純水為底液，溫度設定為75 V，控制攪拌轉速為235 245 r/min,加入15%的銨鹽溶液和濃度為25%的氫氧化鈉溶液調節(jié)底液堿度至40 g/1, pH值為11.2 11.7。②、將硝酸鎳和氯化錳按摩爾比為3:2溶解成混合水溶液，混合均勻后總金屬離子濃度控制為1.5 mol/1。再將濃度為25%的氫氧化鈉溶液、15%的銨鹽溶液和混合水溶液一起連續(xù)并流泵入底液中，75 °C發(fā)生沉淀反應，控制攪拌轉速為235 245 r/min，控制反應體系的堿度為38 42 g/1、pH值為11.2 11.7，料漿固含量為235 245 g/1。使反應物產生晶核，晶核生長為球形顆粒，反應料液由反應爸上部溢流口連續(xù)流出進入陳化釜，經洗滌壓濾機洗滌和真空干燥機干燥，從而得到球形鎳錳氫氧化物。壓濾洗滌后的熱去離子水PH值控制為8.0 9.0，真空干燥機溫度控制為100 110 °C。③、將球形鎳錳氫氧化物和電池級碳酸鋰按摩爾比為1.05:1混勻，在通氧條件下高溫煅燒，高溫煅燒的溫度控制為890 910 °C，煅燒時間為20 h，煅燒后經研磨后得到的球形鎳錳二元材料的振實密度為2.4 2.7 g/cm3，粒度為10 25 u m。以上內容僅僅是對本發(fā)明構思所作的舉例和說明，所屬本技術領域的技術人員對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構思或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種球形鎳錳二元材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: ①、以純水為底液，溫度設定為40 80V’控制攪拌轉速為100 250 r/min,加入絡合劑溶液和氫氧化鈉溶液調節(jié)底液堿度至25 45 g/1，pH值為10.5 12.0 ; ②、將鎳鹽和錳鹽溶解成混合水溶液，混合均勻后總金屬離子濃度控制為0.5 2.0mol/1，再將氫氧化鈉溶液、絡合劑溶液和混合水溶液一起連續(xù)并流泵入底液中，40 80°C發(fā)生沉淀反應，控制攪拌轉速為100 250 r/min，控制反應體系的堿度、pH值以及料漿固含量，使反應物產生晶核，晶核生長為球形顆粒，反應料液由反應釜上部溢流口連續(xù)流出進入陳化釜，經洗滌壓濾機洗滌和真空干燥機干燥，得到球形鎳錳氫氧化物； ③、將球形鎳錳氫氧化物和鋰源混勻，在通氧條件下高溫煅燒，煅燒后經研磨后得到球形鎳猛二元材料。
2.根據權利要求1所述的一種球形鎳錳二元材料的制備方法，其特征在于，所述鎳鹽為硫酸鎳、氯化鎳或硝酸鎳；所述錳鹽為硫酸錳、氯化錳或硝酸錳。
3.根據權利要求1所述的一種球形鎳錳二元材料的制備方法，其特征在于，所述鎳鹽、錳鹽的摩爾比為60 90:10 40。
4.根據權利要求1所述的一種球形鎳錳二元材料的制備方法，其特征在于，所述絡合劑溶液為濃度為5 25%的氨水或銨鹽溶液。
5.根據權利要求1所述的一種球形鎳錳二元材料的制備方法，其特征在于，所述氫氧化鈉溶液的濃度為10 30%。
6.根據權利要求1所述的一種球形鎳錳二元材料的制備方法，其特征在于，控制反應體系pH值為10.5 12.0，堿度為25 45 g/1，料漿固含量為100 300 g/1。
7.根據權利要求1所述的一種球形鎳錳二元材料的制備方法，其特征在于，反應料液經洗滌壓濾機壓濾洗滌后的熱去離子水PH值控制為7.5 8.5，真空干燥機溫度控制為90 110。。。
8.根據權利要求1所述的一種球形鎳錳二元材料的制備方法，其特征在于，球形鎳錳氫氧化物與鋰源的摩爾比為1.02 1.08:1，鋰源為電池級碳酸鋰、氫氧化鋰或硝酸鋰中的一種或多種。
9.根據權利要求1所述的一種球形鎳錳二元材料的制備方法，其特征在于，通氧條件下高溫煅燒的溫度控制為750 950 °C，煅燒時間為12 25 h。
10.根據權利要求1 9任一項所述的一種球形鎳錳二元材料的制備方法，其特征在于，所述球形鎳錳二元材料的振實密度為2.0 2.8 g/cm3,粒度為5 25 Um0
全文摘要
本發(fā)明涉及鋰離子電池材料領域，特別涉及一種球形鎳錳二元材料的制備方法。將氫氧化鈉溶液、絡合劑溶液、鎳鹽和錳鹽的混合水溶液一起連續(xù)并流泵入底液中，發(fā)生沉淀反應，控制攪拌轉速、反應體系的堿度及pH值等，使反應物產生晶核，晶核生長為球形顆粒，反應料液由反應釜上部溢流口連續(xù)流出進入陳化釜，經洗滌干燥，得到球形鎳錳氫氧化物；將球形鎳錳氫氧化物和鋰源混勻，在通氧條件下高溫煅燒，煅燒后經研磨后得到球形鎳錳二元材料。具有電壓高，球形度較好，振實密度高，循環(huán)壽命長，安全性能好。另外，對合成設備要求低、工藝流程簡單，反應易于控制，生產效率高，燒結工藝較簡單，適合連續(xù)式工業(yè)化生產，具有很廣闊的發(fā)展前景，市場潛力較大。
文檔編號H01M4/525GK103165878SQ20131009669
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權日2013年3月25日
發(fā)明者孫朝軍, 孫衛(wèi)華, 李世輝 申請人:安徽亞蘭德新能源材料股份有限公司