一種鋰鹽和鋰離子正極材料前驅(qū)體均勻混合的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋰鹽和鋰離子正極材料前驅(qū)體均勻混合的方法。其特點是，包括如下步驟：（1）配制甲酸鋰飽和溶液；（2）將待混合的前軀體物料裝入容器中，在持續(xù)攪拌下，保持物料溫度在80-120℃，以噴霧的方式噴入步驟（1）制備的甲酸鋰飽和溶液，噴入后繼續(xù)攪拌、保溫，直至物料混合均勻并被烘干后，混合結(jié)束。本發(fā)明采用一種溶解度非常高的甲酸鋰作為鋰鹽，用噴霧的方式使甲酸鋰溶液均勻的涂覆在前驅(qū)體的表面。達到均勻混合的效果。在前驅(qū)體不斷攪拌下，采用噴霧的方式使甲酸鋰溶液均勻的涂覆在前驅(qū)體的表面，然后進行燒結(jié)。采用本發(fā)明的方法可保證鋰的均勻性，適合規(guī)模化生產(chǎn)，規(guī)?；a(chǎn)中產(chǎn)品的一致性可以得到保證。
【專利說明】一種鋰鹽和鋰離子正極材料前驅(qū)體均勻混合的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰鹽和鋰離子正極材料前驅(qū)體均勻混合的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在的鋰離子正極材料現(xiàn)在主要為鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰及磷酸鐵鋰等?，F(xiàn)在市面上生產(chǎn)的鋰離子正極材料其制備方法絕大多數(shù)是高溫固相燒結(jié)法。其特點是:設(shè)備和工藝制備條件易控制，易于實現(xiàn)工業(yè)化。制備過程通常先將鋰鹽與N1、Co、Mn的氧化物、氫氧化物或碳酸物混合然后再在不同的氛圍下對其進行高溫燒結(jié)從而獲得鋰離子正極材料。
[0003]目前燒結(jié)廠家選用的鋰鹽主要是碳酸鋰和氫氧化鋰。燒結(jié)廠家的混鋰工藝主要是:先將鋰鹽裝入球磨機進行球磨。使鋰鹽盡可能有小的粒徑。把球磨后的鋰鹽同前驅(qū)體按比例在混料機中混合?；旌暇鶆蚝筮M行燒結(jié)。由于鋰鹽同前驅(qū)體的比重和粒徑有很大差異，用這種固-固的混鋰方式很難同前驅(qū)體混合均勻，導致燒結(jié)后的樣品出現(xiàn)富鋰或缺鋰，批次之間穩(wěn)定性差。產(chǎn)品的電化學性能不能得到保證。
[0004]正極材料前軀體需要同氫氧化鋰或碳酸鋰等鋰鹽混合均勻后，經(jīng)過高溫燒結(jié)得到鋰離子正極材料。由于這種固-固混合無法實現(xiàn)鋰在前軀體中的均勻混合，燒結(jié)后的產(chǎn)品鋰離子分布不均勻嚴重影響鋰離子正極材料的電化學性能。同時，現(xiàn)有工藝中普遍用的鋰鹽是碳酸鋰和氫氧化鋰，由于它們的溶解度非常低，無法實現(xiàn)固-液混合，所以鋰鹽同前軀體均勻混合一直沒有得到解決。
[0005]總體來說，現(xiàn)有技術(shù)中無論是固-固混合還是固-液混合都無法達到鋰源同鋰離子正極材料前軀體的均勻混合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種鋰鹽和鋰離子正極材料前驅(qū)體均勻混合的方法，能夠保證混合后鋰的均勻性。
[0007]一種鋰鹽和鋰離子正極材料前驅(qū)體均勻混合的方法，其特別之處在于，包括如下步驟:
[0008]( I)配制甲酸鋰飽和溶液；
[0009](2)將待混合的前軀體物料裝入容器中，在持續(xù)攪拌下，保持物料溫度在80-120°C，以噴霧的方式噴入步驟(I)制備的甲酸鋰飽和溶液，噴入后繼續(xù)攪拌、保溫，直至物料混合均勻并被烘干后，混合結(jié)束。
[0010]其中攪拌速率為10-100r/min。
[0011]其中前軀體物料是指制備鎳酸鋰用前驅(qū)體氫氧化鎳、鈷酸鋰用前驅(qū)體氫氧化鈷、錳酸鋰用前驅(qū)體二氧化錳及三元材料用前驅(qū)體鎳鈷錳氫氧化物。
[0012]其中控制甲酸鋰與前軀體物料的混合比例為1.1-1.2mol:1。
[0013]其中甲酸鋰飽和溶液的噴入速度控制在5-100ml/min。[0014]本發(fā)明采用一種溶解度非常高的甲酸鋰作為鋰鹽，用噴霧的方式使甲酸鋰溶液均勻的涂覆在前驅(qū)體的表面。達到均勻混合的效果。本發(fā)明用甲酸鋰作為鋰源，配制等比例的甲酸鋰溶液，在前驅(qū)體不斷攪拌下，采用噴霧的方式使甲酸鋰溶液均勻的涂覆在前驅(qū)體的表面，然后進行燒結(jié)。采用本發(fā)明的方法可保證鋰的均勻性，適合規(guī)?；a(chǎn)，規(guī)模化生產(chǎn)中產(chǎn)品的一致性可以得到保證。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]附圖1為本發(fā)明實施例1中所用混合設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]附圖2為本發(fā)明實施例1中所用鎳鈷錳三元材料前驅(qū)體Nia5Coa2Mntl3(OH)2的電鏡不意圖；
[0017]附圖3為本發(fā)明實施例1中所用鎳鈷錳三元材料前驅(qū)體Nia5Coa2Mntl3(OH)2的電鏡不意圖；
[0018]附圖4為本發(fā)明實施例1中燒結(jié)后的最終樣品即鋰離子電池用鎳鈷錳酸鋰三元材料的電鏡示意圖。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明方法中的前軀體物料是指正極材料前驅(qū)體，這種正極材料前驅(qū)體包括制備鎳酸鋰用前驅(qū)體氫氧化鎳、鈷酸鋰用前驅(qū)體氫氧化鈷，錳酸鋰用前驅(qū)體二氧化錳及三元材料用前驅(qū)體鎳鈷錳氫氧化物等等。此類前驅(qū)體和鋰鹽的混合過程主要是用可溶性鋰鹽。對前驅(qū)體的粒徑、比表面積等物理指標無明確的要求。但是現(xiàn)在市場中用的各種前驅(qū)體都要求具備一定的粒徑大小，如:D50:8-10微米，球形，振實密度1.8-2.4cm3/g,目的是增加正極材料的密度。恰恰是這種具備一定球形度和粒度，密度較高的前驅(qū)體，采用本專利的混合方法，更容易凸顯這種固-液所能達到的均勻混合的優(yōu)勢。
[0020]實施例1:
[0021]下列前驅(qū)體物料采用寧夏東方鉭業(yè)有限公司生產(chǎn)的523型鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體 Nia5Coa2Mna3 (OH) 2前驅(qū)體。
[0022]具體操作如下:
[0023]在IOOL容器(參見圖1)里，加入20Kg烘干好的523型鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體物料Ni0.5Co0.2Mn0.3 (0H)2，開啟攪拌，其速率為35r/min，并開啟夾套加熱，具體是通過加熱導熱油在容器的夾套內(nèi)加熱，使料溫控制在100°c，通過容器頂部的噴頭噴入配制好的1.5摩爾/L甲酸鋰溶液160L。噴入流量為25ml/min，待甲酸鋰溶液全部噴完，繼續(xù)攪拌、烘干30min，待物料烘干后停止攪拌和加熱，即可混合均勻。
[0024]將混合好的物料放入燒結(jié)爐內(nèi)焙燒12小時，控制溫度為950°C，即可得到性能良好的鋰離子正極材料鎳鈷猛酸鋰(LiNia 5CoQ.2MnQ.302)。
[0025]其性能檢測數(shù)據(jù)如下:
[0026]半電池檢測，室溫，IC (2.75-4.2V)比容量>160mAh/g，首次效率大于88%，50次循環(huán)容量保持率大于95%。
[0027]備注l，20Kg的Ni0.5Co0.2Mn0.3 (OH)2前驅(qū)體對應(yīng)的摩爾比1.1倍的一水合甲酸鋰的用量為16.9Kg ;備注2，甲酸鋰只有在溫度大于90°C或以上才能配制成1.5摩爾/L的飽和溶液，且在噴入之前，應(yīng)始終保持甲酸鋰溶液不低于90°C。
[0028]如圖1所示，反應(yīng)容器包括上蓋2，底部攪拌機構(gòu)3，側(cè)攪拌機構(gòu)4，連接甲酸鋰溶液罐的霧化噴頭5，夾套6，該夾套6可以通過外部加熱導熱油傳遞給夾套進行循環(huán)，起到加熱物料的作用。其中霧化噴頭5可選擇美國噴霧公司spraying systems Co高效霧化噴頭。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰鹽和鋰離子正極材料前驅(qū)體均勻混合的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)配制甲酸鋰飽和溶液； (2)將待混合的前軀體物料裝入容器中，在持續(xù)攪拌下，保持物料溫度在80-120°C，以噴霧的方式噴入步驟(I)制備的甲酸鋰飽和溶液，噴入后繼續(xù)攪拌、保溫，直至物料混合均勻并被烘干后，混合結(jié)束。
2.如權(quán)利要求1所述的一種鋰鹽和鋰離子正極材料前驅(qū)體均勻混合的方法，其特征在于:其中攪拌速率為10-100r/min。
3.如權(quán)利要求1所述的一種鋰鹽和鋰離子正極材料前驅(qū)體均勻混合的方法，其特征在于:其中前軀體物料是指制備鎳酸鋰用前驅(qū)體氫氧化鎳、鈷酸鋰用前驅(qū)體氫氧化鈷、錳酸鋰用前驅(qū)體二氧化錳及三元材料用前驅(qū)體鎳鈷錳氫氧化物。
4.如權(quán)利要求1所述的一種鋰鹽和鋰離子正極材料前驅(qū)體均勻混合的方法，其特征在于:其中控制甲酸鋰與前軀體物料的混合比例為1.1-1.2mol:1。
5.如權(quán)利要求1所述的一種鋰鹽和鋰離子正極材料前驅(qū)體均勻混合的方法，其特征在于:其中甲酸鋰飽和溶液的噴入速度控制在5-100ml/min。
【文檔編號】H01M4/525GK103928679SQ201410086419
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】劉飛, 蘇成, 文榮, 賈效旭 申請人:寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司