本發(fā)明屬于能源材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池高鎳正極材料的電磁場約束等離子體強化氧化焙燒方法。

背景技術(shù)：

隨著便攜式電子產(chǎn)品和新能源汽車等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，鋰離子電池的市場需求高速增長，對正極材料的需求也隨之快速增長。

高鎳正極材料通常指鎳含量比較高的層狀正極材料，包括三元鎳鈷錳酸鋰(按鎳鈷錳的比例有622型、701515型、811型等)、鎳鈷鋁酸鋰nca、以及各種摻雜修飾的配方眾多的材料。高鎳材料的優(yōu)點是材料的比容量和能量密度比較高，鎳含量越高的材料這一優(yōu)點越突出，被認為是高能量密度鋰離子電池的理想正極材料。

合成高鎳正極材料的條件比較苛刻，其中一個重要的原因是在焙燒反應(yīng)時ni²⁺比較難以完全氧化為ni³⁺，導(dǎo)致部分ni²⁺和li⁺產(chǎn)生混排，少量ni²⁺占據(jù)li⁺的位置，就會嚴(yán)重影響材料的電化學(xué)性能，造成比容量下降、循環(huán)性能惡化、倍率性能降低。

為促進ni²⁺的氧化，減少離子混排度，通常要求焙燒時通入純氧氣(o2)。這一方面增大了制氧的成本，而且對爐子的抗氧化能力提出了很高的要求。同時由于氧氣的活性不夠強，純氧中其實只有很小一部分真正參與了氧化作用，大部分白白排放損失了。由于氧氣的活性不夠強，即使是在純氧氣氛下焙燒，ni²⁺也不能被完全氧化，離子混排問題沒有得到徹底解決，材料電化學(xué)性能的進一步提高受到制約。由于碳酸鋰在焙燒時會分解出co2，具有一定的還原性，不利于ni²⁺的氧化，因此高鎳材料制備時需要采用氫氧化鋰而不是碳酸鋰。氫氧化鋰的成本比碳酸鋰高，而且有氣味和腐蝕性，導(dǎo)致工人勞動條件惡劣，匣缽壽命嚴(yán)重縮短。

考慮到常溫下臭氧(o3)的氧化能力很強，人們曾在合成高鎳材料的爐子上接上臭氧發(fā)生器，將臭氧通入爐內(nèi)，試圖利用臭氧的強氧化性促進ni²⁺的氧化，但效果并不明顯?？赡苁怯捎趏2和o3都為中性分子，在高溫下的氧化能力相差不大。

另一種降低離子混排度的方法是采取富鋰配方，即在配料時加入過量的鋰源(過量10～15％)，通過li⁺的大量過量來抑制ni²⁺在li⁺位的占位。該方法有一定效果，但缺點也十分明顯。首先是加入了過量的鋰源，導(dǎo)致成本增加；其次是過量的鋰殘留在正極材料中，導(dǎo)致材料堿性增強，后續(xù)加工性能劣化。通常后續(xù)還需水洗等工序除掉殘留的鋰，不僅費時費力，還會引起材料性能劣化。另外由于殘留的鋰化合物沒有電化學(xué)活性，也會導(dǎo)致材料的比容量降低。通常鋰配比高的材料比容量較低，循環(huán)性能和倍率性能較好；鋰配比低的材料比容量較高，但循環(huán)性能和倍率性能較差。因此，通過富鋰配方也不是一種理想的方法。

低溫等離子體化學(xué)是20世紀(jì)60年代以來在物理學(xué)、化學(xué)、電子學(xué)、真空技術(shù)等學(xué)科交叉發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的一門新興學(xué)科。采用等離子體技術(shù)可使物質(zhì)通過吸收電能實現(xiàn)一系列傳統(tǒng)化學(xué)所不能實現(xiàn)的新的化學(xué)反應(yīng)。等離子體氣體放電空間蘊含著豐富的高度激發(fā)的分子、原子和離子，利用這些高活性基團可以進行特殊化學(xué)反應(yīng)，與傳統(tǒng)化學(xué)方法具有完全不同的獨特規(guī)律。

有文獻報道了一種大氣壓平板等離子體反應(yīng)器，在其中通入含氧氣體，在等離子體放電下，含氧氣體產(chǎn)生大量氧活性粒子，包括原子o和臭氧o3等中性粒子，o⁺、o2⁺、o3⁺等帶正電荷的粒子，以及o2^-等帶負電荷的粒子等。將這種等離子體通入水中，會生成羥自由基(·oh)，具有很強的氧化性和很快的氧化速度。將這種等離子體用于水處理，可以迅速氧化分解幾乎所有的生物大分子、有機物和無機物，最終將其降解為co2、h2o和無機鹽，在此基礎(chǔ)上發(fā)展出了一類高級氧化技術(shù)，在船舶壓載水高級氧化處理、生活飲用水高級氧化處理等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

目前尚未見將此類技術(shù)應(yīng)用于鋰離子電池高鎳正極材料制備領(lǐng)域以解決高鎳正極材料在焙燒時ni²⁺難以充分氧化導(dǎo)致陽離子混排度較高的缺陷的文獻報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鋰離子電池正極材料的電磁場約束等離子體強化氧化焙燒方法，克服鋰離子電池高鎳正極材料在焙燒時ni²⁺難以充分氧化導(dǎo)致陽離子混排度較高的缺陷，同時克服活性氧(o⁺、o2⁺、o3⁺等)彌散在石英管中，活性氧的利用率較低，強化氧化作用受限的缺陷。本發(fā)明提高了高鎳正極材料的綜合性能。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)手段為：

一種鋰離子電池高鎳正極材料的電磁場約束等離子體強化氧化焙燒方法，是將前驅(qū)體和鋰源粉體均勻混合，置于焙燒裝置中進行焙燒，持續(xù)通入含氧氣體，通過等離子體放電使所述含氧氣體產(chǎn)生帶正電荷的活性氧(o⁺、o2⁺、o3⁺等)，通過在所述焙燒裝置中施加電磁場使所述活性氧的運動發(fā)生偏轉(zhuǎn)，約束富集在前驅(qū)體和鋰源粉體附近，合成高鎳正極材料。

優(yōu)選地，所述焙燒裝置為石英管式爐；更優(yōu)選地，所述焙燒裝置為程序控溫的石英管式爐。

進一步的，上述一種鋰離子電池高鎳正極材料的電磁場約束等離子體強化氧化焙燒方法，包括如下步驟：

(1)將所述前驅(qū)體和鋰源粉體均勻混合，置于連接有大氣壓放電等離子體發(fā)生裝置和偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器的所述石英管式爐中；

(2)向所述石英管式爐中通入所述含氧氣體，反應(yīng)后的氣體排出所述石英管式爐，爐內(nèi)氣體壓力保持常壓；

(3)調(diào)節(jié)所述大氣壓放電等離子體發(fā)生裝置的電壓、頻率、功率，使所述含氧氣體在所述石英管式爐中發(fā)生等離子體放電，生成活性氧；

(4)調(diào)節(jié)所述偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器的電場強度和/或所述偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器的磁感應(yīng)強度，使所述活性氧的運動發(fā)生偏轉(zhuǎn)，約束富集在所述前驅(qū)體和鋰源粉體附近；

(5)將所述石英管式爐進行升溫，保溫焙燒，合成鋰離子電池高鎳正極材料；

(6)焙燒結(jié)束后，待爐溫降至150℃以下，關(guān)閉所述大氣壓放電等離子體發(fā)生裝置和所述偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中，所述鋰源為氫氧化鋰和碳酸鋰中的一種或兩種；更優(yōu)選為碳酸鋰。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中，所述含氧氣體為空氣、富氧空氣、純氧氣中的任意一種，流量為0.05～5l/min；更優(yōu)選為空氣。

優(yōu)選地，所述步驟(3)中，所述大氣壓放電等離子體發(fā)生裝置采用交流電源或脈沖電源，所述電壓為10～50kv，所述頻率為1～50khz，所述功率為100～1000w。

上述技術(shù)方案中，所述步驟(4)中，優(yōu)選在電場和磁場的共同作用下使所述活性氧的運動發(fā)生偏轉(zhuǎn)，約束富集在所述前驅(qū)體和鋰源粉體附近。

優(yōu)選地，所述步驟(4)中，所述偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器的電場強度為10v/m～10kv/m，所述偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器的磁感應(yīng)強度為10^-2～10t；優(yōu)選在電場和磁場的共同作用下使所述活性氧的運動發(fā)生偏轉(zhuǎn)，約束富集在所述前驅(qū)體和鋰源粉體附近。

優(yōu)選地，所述步驟(5)中，所述升溫速率為100～400℃/h，溫度為700～900℃，焙燒時間為4～48h。

優(yōu)選地，所述步驟(6)中，所述鋰離子電池高鎳正極材料為linixm1-xo2，其中1.0≥x≥0.6，m為co、mn、al、mg、ti、v、cr、fe、cu、zn、sr、y、zr中的一種或幾種，包括但不限于lini0.6co0.2mn0.2o2、lini0.8co0.1mn0.1o2、lini0.90co0.05mn0.05o2、lini0.80co0.15al0.05o2；更優(yōu)選為1.0≥x≥0.8的高鎳正極材料，最優(yōu)選為lini0.80co0.15al0.05o2。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題還包括采用以下技術(shù)方案：

一種用于合成鋰離子電池高鎳正極材料的電磁場約束等離子體強化氧化焙燒裝置，其特征在于，包括石英管式爐、大氣壓放電等離子體發(fā)生裝置；所述石英管式爐包括石英管、位于所述石英管一端的進氣管，位于所述石英管另一端的排氣管；所述石英管中設(shè)有偏轉(zhuǎn)電磁場，所述石英管內(nèi)有反應(yīng)物的投放區(qū)域，所述偏轉(zhuǎn)電磁場使活性氧朝反應(yīng)物投放區(qū)域的方向偏轉(zhuǎn)；所述大氣壓放電等離子體發(fā)生裝置包括高壓電源和內(nèi)置于所述石英管中的大氣壓放電等離子體發(fā)生器。

進一步地，所述石英管置于石英管式爐膛中，所述石英管式爐膛配有程序控溫裝置。

進一步地，所述石英管的內(nèi)徑為50mm。

進一步地，所述大氣壓放電等離子體發(fā)生器為平板-平板結(jié)構(gòu)，位于所述石英管內(nèi)部且靠近所述進氣管的一端，所述大氣壓放電等離子體發(fā)生器包括位于所述石英管內(nèi)部平行且相對設(shè)置的上電極和下電極，從所述上電極和所述下電極分別引出導(dǎo)線，接至位于所述石英管外部的所述高壓電源上。

進一步地，所述上電極和所述下電極為長50mm、寬20mm、厚2mm的抗氧化耐熱不銹鋼片，表面覆蓋純度99％的al2o3陶瓷作為介質(zhì)形成阻擋層，所述阻擋層長60mm、寬25mm、厚0.5mm，氣隙間距為5mm。

所述前驅(qū)體和鋰源粉體均勻混合形成混合物，置于所述石英管中間底部，所述大氣壓放電等離子體發(fā)生器盡量靠近所述混合物，以充分利用產(chǎn)生的等離子體。

進一步地，所述偏轉(zhuǎn)電磁場通過偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器產(chǎn)生，所述偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器包括偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生器和磁鐵。

進一步地，所述偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生器為平板-平板結(jié)構(gòu)，置于所述石英管外，在所述石英管上方設(shè)置正極板，所述正極板接高壓直流電源的正極，在所述石英管下方設(shè)置負極板，所述負極板接高壓直流電源的負極。

進一步地，所述正極板和所述負極板為長100mm、寬100mm、厚2mm的抗氧化耐熱不銹鋼片，間距為200mm；在所述石英管中產(chǎn)生的電場強度為10v/m～10kv/m可調(diào)；所述帶正電荷的活性氧在所述電場作用下可向下偏轉(zhuǎn)運動，約束富集在所述前驅(qū)體和鋰源粉體附近。

進一步地，所述磁鐵為永磁鐵或電磁鐵，置于所述石英管外；在所述石英管相對的兩側(cè)分別設(shè)置n極和s極。

進一步地，所述磁鐵長100mm、寬100mm、厚50mm，間距200mm；所述磁鐵在所述石英管中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度為10^-2～10t，其中電磁鐵的磁感應(yīng)強度可調(diào)；所述帶正電荷的活性氧在所述磁場作用下可向下偏轉(zhuǎn)運動，約束富集在所述前驅(qū)體和鋰源粉體附近。

本發(fā)明的基本原理：

要降低高鎳正極材料中的陽離子混排度，關(guān)鍵是要將ni²⁺充分氧化，這需要更強的氧化氣氛。本發(fā)明將焙燒爐與大氣壓放電等離子體反應(yīng)器和偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器連接起來，將通入爐內(nèi)的含氧氣體先經(jīng)過大氣壓放電等離子體反應(yīng)器，在高壓電場作用下，中性原子或分子中的電子被剝離，生成帶正電荷的o⁺、o2⁺、o3⁺等活性粒子，這些粒子的氧化能力比氧氣(o2)、臭氧(o3)和原子氧(o)更強，在電場和磁場對帶電粒子運動的偏轉(zhuǎn)作用下，帶正電荷的活性氧被約束富集在前驅(qū)體和鋰源粉體附近，用這種氧化能力和活性得到顯著提升并得到富集的氧活性粒子(包括o⁺、o2⁺、o3⁺等)有效強化ni²⁺的氧化以及前驅(qū)體和鋰源的固相反應(yīng)，可以合成ni²⁺得到充分氧化、陽離子混排度低的高鎳正極材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明將焙燒爐與大氣壓平板等離子體反應(yīng)器和偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器連接起來，將通入爐內(nèi)的含氧氣體先經(jīng)過大氣壓放電等離子體反應(yīng)器，離解為含大量氧活性粒子(包括o⁺、o2⁺、o3⁺等)的等離子體，這些粒子的氧化能力比氧氣(o2)、臭氧(o3)和原子氧(o)更強，在電場和磁場對帶電粒子運動的偏轉(zhuǎn)作用下，帶正電荷的活性氧被約束富集在前驅(qū)體和鋰源粉體附近，用這種氧化能力和活性得到顯著提升并得到富集的氧活性粒子(包括o⁺、o2⁺、o3⁺等)有效強化ni²⁺的氧化以及前驅(qū)體和鋰源的固相反應(yīng)，可以合成ni²⁺得到充分氧化、陽離子混排度低的高鎳正極材料。

(2)等離子體反應(yīng)產(chǎn)生大量氧活性粒子，經(jīng)電磁場約束和富集，其氧化能力和氧化速度顯著提升，焙燒時可用碳酸鋰作為鋰源，同時在空氣氣氛下合成性能優(yōu)異的高鎳正極材料，從而顯著降低材料制備成本，改善勞動條件。

(3)由于等離子體反應(yīng)產(chǎn)生大量氧活性粒子，氧化能力和氧化速度顯著提升，沒有必要再采用富鋰配方來抑制ni²⁺在li⁺位的占位。當(dāng)然由于鋰在高溫時容易揮發(fā)損失，鋰仍需少量過量，一般過量2～5％。因此鋰源的用量可顯著減少，節(jié)約了成本，鋰殘留減少，材料堿性減弱，后續(xù)加工性能改善，比容量也有所提升；

(4)本發(fā)明對提高高鎳正極材料的綜合性能具有重要意義，特別對降低高鎳正極材料的陽離子混排度，提高材料的循環(huán)性能和倍率性能，降低材料堿性和改善材料加工性能具有顯著效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明電磁場約束等離子體強化氧化焙燒裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器剖視圖(圖1a-a向剖視圖)。

圖3是本發(fā)明偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器俯視圖(圖1b-b向俯視圖)。

圖中各個附圖標(biāo)記對應(yīng)的名稱：1-石英管；2-前驅(qū)體和鋰源；3-高壓電源；4-大氣壓放電等離子體發(fā)生器；5-進氣管；6-排氣管；7-偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器；71-正極板；72-負極板；73-n極；74-s極。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明的內(nèi)容，下面結(jié)合具體實施例和附圖作進一步說明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于對本發(fā)明進一步說明，而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的內(nèi)容后，該領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改動或調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明一種鋰離子電池高鎳正極材料的電磁場約束等離子體強化氧化焙燒方法，是將前驅(qū)體和鋰源粉體均勻混合，置于連接有大氣壓放電等離子體發(fā)生裝置和偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器的石英管式爐中進行焙燒，持續(xù)通入含氧氣體，通過等離子體放電產(chǎn)生帶正電荷的具有強氧化性的活性氧(o⁺、o2⁺、o3⁺等)，在電場和磁場對帶電粒子運動的偏轉(zhuǎn)作用下，帶正電荷的活性氧被約束富集在前驅(qū)體和鋰源粉體附近，有效強化鎳的氧化以及前驅(qū)體和鋰源的固相反應(yīng)，合成高鎳正極材料。

所述焙燒裝置為程序控溫的石英管式爐。

具體實施方法如下：

(1)將所述前驅(qū)體和鋰源粉體均勻混合，置于連接有大氣壓放電等離子體發(fā)生裝置和偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器的所述石英管式爐中；

(2)向所述石英管式爐中通入所述含氧氣體，反應(yīng)后的氣體排出所述石英管式爐，爐內(nèi)氣體壓力保持常壓；

(3)調(diào)節(jié)所述大氣壓放電等離子體發(fā)生裝置的電壓、頻率、功率，使所述含氧氣體在所述石英管式爐中發(fā)生等離子體放電，生成活性氧；

(4)調(diào)節(jié)所述偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器的電場強度，使所述活性氧(o⁺、o2⁺、o3⁺等)的運動發(fā)生偏轉(zhuǎn)，約束富集在所述前驅(qū)體和鋰源粉體附近；

(5)調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器的磁感應(yīng)強度，使活性氧(o⁺、o2⁺、o3⁺等)的運動在磁場作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，約束富集在前驅(qū)體和鋰源粉體附近；

(6)將所述石英管式爐進行升溫，保溫焙燒，合成鋰離子電池高鎳正極材料；

(7)焙燒結(jié)束后，待爐溫降至150℃以下，關(guān)閉所述大氣壓放電等離子體發(fā)生裝置和所述偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器。

在本申請中均結(jié)合以圖1～3所示的電磁場約束等離子體強化氧化焙燒裝置進行說明：

所述一種鋰離子電池高鎳正極材料的電磁場約束等離子體強化氧化焙燒方法在電磁場約束等離子體強化氧化焙燒裝置中進行，所述電磁場約束等離子體強化氧化焙燒裝置包括石英管式爐、大氣壓放電等離子體發(fā)生裝置；所述石英管式爐包括石英管1、位于所述石英管1一端的進氣管5，位于所述石英管1另一端的排氣管6；所述石英管1中設(shè)有偏轉(zhuǎn)電磁場，所述石英管1內(nèi)有反應(yīng)物的投放區(qū)域，所述偏轉(zhuǎn)電磁場使活性氧朝反應(yīng)物投放區(qū)域的方向偏轉(zhuǎn)；所述大氣壓放電等離子體發(fā)生裝置包括高壓電源3和內(nèi)置于所述石英管1中的大氣壓放電等離子體發(fā)生器4。

所述石英管1置于石英管式爐膛中，所述石英管式爐膛配有程序控溫裝置。

所述大氣壓放電等離子體發(fā)生器4為平板-平板結(jié)構(gòu)，位于所述石英管1內(nèi)部且靠近所述進氣管5的一端，所述大氣壓放電等離子體發(fā)生器4包括位于所述石英管1內(nèi)部平行且相對設(shè)置的上電極和下電極，從所述上電極和所述下電極分別引出導(dǎo)線，接至位于所述石英管1外部的所述高壓電源3上。

所述上電極和所述下電極為長50mm、寬20mm、厚2mm的抗氧化耐熱不銹鋼片，表面覆蓋純度99％的al2o3陶瓷作為介質(zhì)形成阻擋層，所述阻擋層長60mm、寬25mm、厚0.5mm，氣隙間距為5mm。

所述前驅(qū)體和鋰源2粉體均勻混合形成混合物，置于所述石英管1中間底部，所述大氣壓放電等離子體發(fā)生器4盡量靠近所述混合物，以充分利用產(chǎn)生的等離子體。

所述偏轉(zhuǎn)電磁場通過偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器7產(chǎn)生，所述偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器7包括偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生器和磁鐵。

所述偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生器為平板-平板結(jié)構(gòu)，置于所述石英管1外，在所述石英管1上方設(shè)置正極板71，所述正極板71接高壓直流電源的正極，在所述石英管下方設(shè)置負極板72，所述負極板72接高壓直流電源的負極。

所述正極板71和所述負極板72為長100mm、寬100mm、厚2mm的抗氧化耐熱不銹鋼片，間距為200mm；在所述石英管1中產(chǎn)生的電場強度為10v/m～10kv/m可調(diào)；所述帶正電荷的活性氧在所述電場作用下可向下偏轉(zhuǎn)運動，約束富集在所述前驅(qū)體和鋰源2粉體附近。

所述磁鐵為永磁鐵或電磁鐵，置于所述石英管1外；在所述石英管1相對的兩側(cè)分別設(shè)置n極73和s極74。

所述磁鐵長100mm、寬100mm、厚50mm，間距200mm；所述磁鐵在所述石英管1中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度為10^-2～10t，其中電磁鐵的磁感應(yīng)強度可調(diào)；所述帶正電荷的活性氧在所述磁場作用下可向下偏轉(zhuǎn)運動，約束富集在所述前驅(qū)體和鋰源2粉體附近。

所述電磁場約束等離子體強化氧化焙燒裝置運行原理是：含氧氣體從進氣管5以一定流量通入，先經(jīng)過大氣壓放電等離子體發(fā)生器4離解為帶正電荷的活性氧，所述活性氧在偏轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生器7產(chǎn)生的電場和磁場的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，約束富集在所述前驅(qū)體和鋰源2附近，有效強化鎳的氧化以及前驅(qū)體和鋰源2的固相反應(yīng)，合成高鎳正極材料，反應(yīng)后的氣體從排氣管6排出。

下面就結(jié)合該裝置，以詳細實施例再進一步說明鋰離子電池高鎳正極材料的電磁場約束等離子體強化氧化焙燒方法。

實施例1

稱取0.1mol前驅(qū)體ni0.80co0.15al0.05(oh)2和0.0525mol碳酸鋰，將前驅(qū)體和碳酸鋰粉體均勻混合，置于石英管中(置于石英管式爐膛中)。以500ml/min的流量向石英管式爐中通入空氣，反應(yīng)后的氣體排出石英管式爐，爐內(nèi)氣體壓力保持常壓。采用交流電源，調(diào)節(jié)大氣壓放電等離子體發(fā)生裝置的電壓為10kv、頻率為15khz、功率為500w，使空氣在管中發(fā)生等離子體放電，生成活性氧。調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生器產(chǎn)生的電場強度為5kv/m，調(diào)節(jié)磁鐵產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度為2t。將石英管式爐以200℃/h的升溫速率升至800℃，保溫焙燒12h，然后自然冷卻至室溫。在此過程中等離子體放電產(chǎn)生的活性氧(o⁺、o2⁺、o3⁺等)在偏轉(zhuǎn)電場和磁場的作用下，向下偏轉(zhuǎn)運動并約束富集在前驅(qū)體和鋰源混合物附近，有效強化鎳的氧化以及前驅(qū)體和鋰源的固相反應(yīng)，合成高鎳正極材料鎳鈷鋁酸鋰(分子式lini0.80co0.15al0.05o2，簡稱nca)。焙燒結(jié)束后，待爐溫降至150℃以下，關(guān)閉大氣壓放電等離子體發(fā)生器、偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生器和電磁鐵。

測得該鎳鈷鋁酸鋰正極材料中陽離子的混排度約為0.5％，ph為11.10，扣式半電池首次庫侖效率(0.1c)91.9％；扣式半電池0.1c克比容量206mah/g；鋁殼全電池1c克比容量177mah/g，300周循環(huán)容量保持率97.8％，500周循環(huán)容量保持率95.9％。

制備所得高鎳正極材料的陽離子混排度小，克比容量高，循環(huán)性能和倍率性能好，堿性低、加工性能好，具有優(yōu)異的綜合性能。

空氣經(jīng)等離子體放電產(chǎn)生大量氧活性粒子(o⁺、o2⁺、o3⁺等)，經(jīng)電磁場約束和富集，其氧化能力和氧化速度顯著提升。與沒有電磁場約束的等離子體強化氧化技術(shù)相比，本實施例用碳酸鋰作為鋰源，同時在空氣氣氛下就可以合成性能優(yōu)異的高鎳正極材料，從而顯著降低材料制備成本，改善勞動條件。

實施例2

關(guān)閉偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生器，其它條件同實施例1，合成高鎳正極材料鎳鈷鋁酸鋰。測得該鎳鈷鋁酸鋰正極材料中陽離子的混排度約為2.5％，ph為11.58，扣式半電池首次庫侖效率(0.1c)88.8％；扣式半電池0.1c克比容量201mah/g；鋁殼全電池1c克比容量165mah/g，300周循環(huán)容量保持率92.6％，500周循環(huán)容量保持率89.5％。

材料綜合性能比實施例1的有所降低，說明光有磁場約束沒有電場約束，等離子體的約束富集作用弱化，影響了強化氧化焙燒作用。

實施例3

關(guān)閉電磁鐵，其它條件同實施例1，合成高鎳正極材料鎳鈷鋁酸鋰。測得該鎳鈷鋁酸鋰正極材料中陽離子的混排度約為2.4％，ph為11.60，扣式半電池首次庫侖效率(0.1c)89.8％；扣式半電池0.1c克比容量201mah/g；鋁殼全電池1c克比容量166mah/g，300周循環(huán)容量保持率92.7％，500周循環(huán)容量保持率90.5％。

材料綜合性能比實施例1的有所降低，說明光有電場約束沒有磁場約束，等離子體的約束富集作用也會弱化，影響了強化氧化焙燒作用。

實施例4

調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生器產(chǎn)生的電場強度為10kv/m，調(diào)節(jié)磁鐵產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度為10t。其它條件同實施例1，合成高鎳正極材料鎳鈷鋁酸鋰。測得該鎳鈷鋁酸鋰正極材料中陽離子的混排度約為0.4％，ph為11.05，扣式半電池首次庫侖效率(0.1c)92.9％；扣式半電池0.1c克比容量207mah/g；鋁殼全電池1c克比容量179mah/g，300周循環(huán)容量保持率98.8％，500周循環(huán)容量保持率96.9％。

材料綜合性能比實施例1的有所提高，說明在更強的電磁場作用下，等離子體的約束富集作用得到進一步強化，促進了強化氧化焙燒作用。

實施例5

調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生器產(chǎn)生的電場強度為10v/m，調(diào)節(jié)磁鐵產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度為0.01t。其它條件同實施例1，合成高鎳正極材料鎳鈷鋁酸鋰。測得該鎳鈷鋁酸鋰正極材料中陽離子的混排度約為2.6％，ph為11.65，扣式半電池首次庫侖效率(0.1c)89.0％；扣式半電池0.1c克比容量200mah/g；鋁殼全電池1c克比容量165mah/g，300周循環(huán)容量保持率91.7％，500周循環(huán)容量保持率90.6％。

材料綜合性能比實施例1的明顯降低，說明在較弱的電磁場作用下，等離子體的約束富集作用不夠，影響了強化氧化焙燒作用。因此，為得到比較好的效果，電磁場應(yīng)該有比較高的強度。

實施例6

以0.105mol氫氧化鋰lioh·h2o代替實施例1中的0.0525mol碳酸鋰li2co3，其它條件同實施例1，合成高鎳正極材料鎳鈷鋁酸鋰。測得該鎳鈷鋁酸鋰正極材料的綜合性能與實施例1的幾乎相同，表明碳酸鋰完全可以代替氫氧化鋰為鋰源。

實施例7

以含氧90％的富氧空氣代替實施例1中的空氣，其它條件同實施例1，合成高鎳正極材料鎳鈷鋁酸鋰。測得該鎳鈷鋁酸鋰正極材料的綜合性能與實施例1的幾乎相同，表明完全可以在空氣氣氛下制備鎳鈷鋁酸鋰正極材料，而不必采用富氧氣氛。

實施例8

以純o2氣體代替實施例1中的空氣，其它條件同實施例1，合成高鎳正極材料鎳鈷鋁酸鋰。測得該鎳鈷鋁酸鋰正極材料的綜合性能與實施例1的幾乎相同，表明完全可以在空氣氣氛下制備鎳鈷鋁酸鋰正極材料，而不必采用純氧氣氛。

實施例9

稱取0.1mol前驅(qū)體ni0.6co0.2mn0.2(oh)2和0.0525mol碳酸鋰li2co3，將前驅(qū)體和碳酸鋰粉體均勻混合，置于石英管中(置于管式爐的爐膛中)。以50ml/min的流量向石英管式爐中通入空氣，反應(yīng)后的氣體排出石英管式爐，爐內(nèi)氣體壓力保持常壓。采用脈沖電源，調(diào)節(jié)大氣壓放電等離子體發(fā)生裝置的電壓為14kv、頻率為1khz、功率為300w，使空氣在管中發(fā)生等離子體放電，生成活性氧。調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生器產(chǎn)生的電場強度為1kv/m，調(diào)節(jié)磁鐵產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度為0.5t。將石英管式爐以100℃/h的升溫速率升至900℃，保溫焙燒48h，然后自然冷卻至室溫。在此過程中等離子體放電產(chǎn)生的活性氧(o⁺、o2⁺、o3⁺等)在偏轉(zhuǎn)電場和磁場的作用下，向下偏轉(zhuǎn)運動并約束富集在前驅(qū)體和鋰源混合物附近，有效強化鎳的氧化以及前驅(qū)體和鋰源的固相反應(yīng)，合成高鎳正極材料鎳鈷錳酸鋰(分子式lini0.6co0.2mn0.2o2，622型)。焙燒結(jié)束后，待爐溫降至150℃以下，關(guān)閉大氣壓放電等離子體發(fā)生器、偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生器和電磁鐵。

測得該鎳鈷錳酸鋰正極材料中陽離子的混排度約為0.6％，ph為11.00，扣式半電池首次庫侖效率(0.1c)92.5％；扣式半電池0.1c克比容量162mah/g；鋁殼全電池1c克比容量148mah/g，300周循環(huán)容量保持率97.8％，500周循環(huán)容量保持率96.8％。

制備所得高鎳正極材料的陽離子混排度小，克比容量高(鎳含量較低，故容量低于nca)，循環(huán)性能和倍率性能好，堿性低、加工性能好，具有優(yōu)異的綜合性能。

實施例10

稱取0.1mol前驅(qū)體ni0.8co0.1mn0.1(oh)2和0.105mol氫氧化鋰lioh·h2o，將前驅(qū)體和氫氧化鋰粉體均勻混合，置于石英管中(置于管式爐的爐膛中)。以1l/min的流量向石英管式爐中通入空氣，反應(yīng)后的氣體排出石英管式爐，爐內(nèi)氣體壓力保持常壓。采用交流電源，調(diào)節(jié)大氣壓放電等離子體發(fā)生裝置的電壓為20kv、頻率為25khz、功率為200w，使含氧氣體在管中發(fā)生等離子體放電，生成活性氧。調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生器產(chǎn)生的電場強度為3kv/m，調(diào)節(jié)磁鐵產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度為1.5t。將石英管式爐以300℃/h的升溫速率升至750℃，保溫焙燒16h，然后自然冷卻至室溫。在此過程中等離子體放電產(chǎn)生的活性氧(o⁺、o2⁺、o3⁺等)在偏轉(zhuǎn)電場和磁場的作用下，向下偏轉(zhuǎn)運動并約束富集在前驅(qū)體和鋰源混合物附近，有效強化鎳的氧化以及前驅(qū)體和鋰源的固相反應(yīng)，合成高鎳正極材料鎳鈷錳酸鋰(分子式lini0.8co0.1mn0.1o2，811型)。焙燒結(jié)束后，待爐溫降至150℃以下，關(guān)閉大氣壓放電等離子體發(fā)生器、偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生器和電磁鐵。

測得該鎳鈷錳酸鋰正極材料中陽離子的混排度約為1.0％，ph為11.30，扣式半電池首次庫侖效率(0.1c)90.5％；扣式半電池0.1c克比容量201mah/g；鋁殼全電池1c克比容量167mah/g，300周循環(huán)容量保持率96.5％，500周循環(huán)容量保持率94.6％。

制備所得高鎳正極材料的陽離子混排度小，克比容量高，循環(huán)性能和倍率性能好，堿性低、加工性能好，具有優(yōu)異的綜合性能。

實施例11

稱取0.1mol前驅(qū)體ni0.90co0.05mn0.05(oh)2和0.105mol氫氧化鋰lioh·h2o，將前驅(qū)體和氫氧化鋰粉體均勻混合，置于石英管中(置于管式爐的爐膛中)。以5l/min的流量向石英管式爐中通入空氣，反應(yīng)后的氣體排出石英管式爐，爐內(nèi)氣體壓力保持常壓。采用脈沖電源，調(diào)節(jié)大氣壓放電等離子體發(fā)生裝置的電壓為50kv、頻率為50khz、功率為1000w，使含氧氣體在管中發(fā)生等離子體放電，生成活性氧。調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生器產(chǎn)生的電場強度為8kv/m，調(diào)節(jié)磁鐵產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度為1.2t。將石英管式爐以400℃/h的升溫速率升至700℃，保溫焙燒4h，然后自然冷卻至室溫。此過程中等離子體放電產(chǎn)生的活性氧(o⁺、o2⁺、o3⁺等)在偏轉(zhuǎn)電場和磁場的作用下，向下偏轉(zhuǎn)運動并約束富集在前驅(qū)體和鋰源混合物附近，有效強化鎳的氧化以及前驅(qū)體和鋰源的固相反應(yīng)，合成高鎳正極材料鎳鈷錳酸鋰(分子式lini0.90co0.05mn0.05o2)。焙燒結(jié)束后，待爐溫降至150℃以下，關(guān)閉大氣壓放電等離子體發(fā)生器、偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生器和電磁鐵。

測得該鎳鈷錳酸鋰正極材料中陽離子的混排度約為1.3％，ph為11.60，扣式半電池首次庫侖效率(0.1c)90.5％；扣式半電池0.1c克比容量212mah/g；鋁殼全電池1c克比容量179mah/g，300周循環(huán)容量保持率94.8％，500周循環(huán)容量保持率93.8％。

制備所得高鎳正極材料的陽離子混排度小，克比容量高(鎳含量高，故容量高)，循環(huán)性能和倍率性能好，堿性較低、加工性能好，具有優(yōu)異的綜合性能。

比較實施例1

關(guān)閉偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生器和電磁鐵，其它條件與實施例1完全相同，合成高鎳正極材料鎳鈷鋁酸鋰。

測得該鎳鈷鋁酸鋰正極材料中陽離子的混排度約為3.5％，ph為11.88，扣式半電池首次庫侖效率(0.1c)86.8％；扣式半電池0.1c克比容量196mah/g；鋁殼全電池1c克比容量155mah/g，300周循環(huán)容量保持率90.6％，500周循環(huán)容量保持率85.5％。

制備所得高鎳正極材料的陽離子混排度較大，克比容量較低，循環(huán)性能和倍率性能較差，堿性較高、加工性能差，綜合性能較差。

由此可見，本發(fā)明的電磁場約束等離子體強化氧化焙燒方法對提高高鎳正極材料的綜合性能具有重要意義。

上述說明并非對發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不限于上述舉例。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)，做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。