一種鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料的制備方法，確切地說是一種鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法，包括三元共沉淀物的制備、離子熱合成、高溫處理以及分離、洗滌過程，其特征在于：所述的離子熱合成是將三元共沉淀物和鋰源按1:2的摩爾比加入環(huán)胺類離子液體中于230-250℃下攪拌反應(yīng)37-40小時(shí)，經(jīng)分離、洗滌得到鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體；所述的高溫處理是將鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體于1100℃條件下處理9小時(shí)。本發(fā)明方法離子熱合成在常壓低溫下進(jìn)行，且離子液體能回收重復(fù)利用，是一種鎳鈷錳酸鋰材料的新型制備方法。
【專利說明】 一種鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料的制備方法，確切地說是一種鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]具有層狀結(jié)構(gòu)的鎳鈷錳酸鋰正極材料LiNixMnyCol-x-y02以其材料的高理論容量，安全性能和倍率放電性能良好，是一種極具吸引力的鋰離子電池正極材料。
[0003]目前LiNixMnyCol-x_y02的液相制備技術(shù)主要是化學(xué)沉淀法等。化學(xué)共沉淀法一般是把化學(xué)原料溶于蒸餾水中，并向溶液中加入一定量的沉淀劑，使溶液中混合均勻的各個組份按化學(xué)計(jì)量比共沉淀下來，或者在溶液中先反應(yīng)沉淀出一種前驅(qū)物，再經(jīng)高溫煅燒得到材料。應(yīng)用于鎳鈷錳酸鋰正極材料合成的化學(xué)共沉淀法可分為間接化學(xué)共沉淀法和直接化學(xué)共沉淀法。間接化學(xué)共沉淀法是先合成N1、Co、Mn三元混合共沉淀，然后再過濾洗滌干燥后，與鋰鹽充分混合后高溫?zé)Y(jié)。直接化學(xué)共沉淀法則是將N1、Co、Mn和Li的鹽同時(shí)共沉淀，過濾洗滌干燥后再進(jìn)行高溫焙燒。與傳統(tǒng)固相合成法相比，采用共沉淀方法可以使材料達(dá)到分子或原子級別上的混合，易于得到粒徑小、混合均勻的前驅(qū)體，且煅燒溫度較低，合成產(chǎn)物組份均勻。
[0004]上述化學(xué)共沉淀法均以水為反應(yīng)介質(zhì)，且得到沉淀后必須再經(jīng)高溫處理12-36小時(shí)以上才能得到鎳鈷錳酸鋰最終產(chǎn)品。離子液體作為新型的溶劑和反應(yīng)介質(zhì)為材料的合成提供了新的機(jī)會，離子熱合成技術(shù)為鎳鈷錳酸鋰材料的制備提供了新的途徑。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種利用離子熱合成法制備鎳鈷錳酸鋰正極材料的新型方法，所要解決的技術(shù)問題是通過離子熱合成鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體來縮短高溫處理的時(shí)間以降低能耗。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下，一種鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法，包括三元共沉淀物的制備、離子熱合成、高溫處理以及分離、洗滌過程，所述的離子熱合成是將三元共沉淀物和鋰源按I: 2的摩爾比加入環(huán)胺類離子液體中于230-250°C下攪拌反應(yīng)37-40小時(shí)，經(jīng)分離、洗滌得到鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體；所述的高溫處理是將鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體于1100°C條件下處理9小時(shí)。
[0007]三元共沉淀物與鋰源的摩爾比為1:2。
[0008]鋰源選自氫氧化鋰、氯化鋰、硝酸鋰、硫酸鋰和磷酸鋰中的一種或幾種。
[0009]環(huán)胺類離子液體選自具有如下結(jié)構(gòu)通式的環(huán)胺類離子液體中的一種或幾種:
[0010][CAH] + [RC00r
[0011]式中R為H或者C1-C2烷基；CA為1H-1，2，4_三氮唑、2-咪唑基乙胺、哌嗪、六次甲基四胺、咪唑、5-吡唑酮、三聚氰胺、三聚氯氰或2，4- 二氯-6-(鄰氯代胺基)均三氮苯。
[0012]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0013]1、本方法提供了一種常壓低溫的鎳鈷錳酸鋰材料的離子熱法制備技術(shù)，縮短了高溫處理的時(shí)間，降低了能耗。
[0014]2、離子液體作反應(yīng)介質(zhì)為晶體生長提供了特殊的環(huán)境，易于獲得顆粒均勻的鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體，且縮短了高溫晶化處理的時(shí)間，得到性能優(yōu)異的鎳鈷錳酸鋰正極材料。
[0015]3、本方法在離子熱法合成中用來作反應(yīng)介質(zhì)和結(jié)構(gòu)生長模板的離子液體為環(huán)胺類離子液體，該類離子液體具有易于合成，成本較低，熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，且能通過分離實(shí)現(xiàn)回收再利用。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡明，但本發(fā)明并不局限于具體實(shí)施例。
[0017]實(shí)施例1:
[0018](I)制備三元共沉淀物:稱取等摩爾的醋酸錳、硫酸鈷和硝酸鎳溶于200ml蒸餾水中，將其緩慢滴加到連續(xù)攪拌的反應(yīng)器中；同時(shí)滴加0.5mol/L的氫氧化鈉，并用氨水調(diào)節(jié)混合液pH值為11，整個過程控制溫度在50°C左右攪拌反應(yīng)1h ;陳化13小時(shí)后過濾即得到三元共沉淀物。
[0019](2)離子熱合成:將三元共沉淀物和鋰源按摩爾比1: 2加入1H-1，2，4_三氮唑丙酸離子液體中，在敞口燒瓶中加熱到250°C攪拌反應(yīng)37小時(shí)；冷卻后將沉淀分離、洗滌得到鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體。
[0020](3)高溫處理:將離子熱反應(yīng)所得的鎳鈷錳酸鋰材料經(jīng)1100°C的高溫處理9h得到最終鎳鈷錳酸鋰正極材料。
[0021]實(shí)施例2:
[0022](I)制備三元共沉淀物:稱取等摩爾的醋酸錳、硫酸鈷和硝酸鎳溶于200ml蒸餾水中，將其緩慢滴加到連續(xù)攪拌的反應(yīng)器中；同時(shí)滴加0.5mol/L的氫氧化鈉，并用氨水調(diào)節(jié)混合液pH值為11，整個過程控制溫度在50°C左右攪拌反應(yīng)1h ;陳化13小時(shí)后過濾即得到三元共沉淀物。
[0023](2)離子熱合成:將三元共沉淀物和鋰源按摩爾比1: 2加入1H-1，2，4_三氮唑丙酸離子液體中，在敞口燒瓶中加熱到230°C攪拌反應(yīng)40小時(shí)；冷卻后將沉淀分離、洗滌得到鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體。
[0024](3)高溫處理:將離子熱反應(yīng)所得的鎳鈷錳酸鋰材料經(jīng)1100°C的高溫處理9h得到最終鎳鈷錳酸鋰正極材料。
[0025]實(shí)施例3:
[0026](I)制備三元共沉淀物:稱取等摩爾的醋酸錳、硫酸鈷和硝酸鎳溶于200ml蒸餾水中，將其緩慢滴加到連續(xù)攪拌的反應(yīng)器中；同時(shí)滴加0.5mol/L的氫氧化鈉，并用氨水調(diào)節(jié)混合液pH值為11，整個過程控制溫度在50°C左右攪拌反應(yīng)1h ;陳化15小時(shí)后過濾即得到三元共沉淀物。
[0027](2)離子熱合成:將三元共沉淀物和鋰源按摩爾比1: 2加入1H-1，2，4_三氮唑丙酸離子液體中，在敞口燒瓶中加熱到240°C攪拌反應(yīng)38小時(shí)；冷卻后將沉淀分離、洗滌得到鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體。
[0028](3)高溫處理:將離子熱反應(yīng)所得的鎳鈷錳酸鋰材料經(jīng)1100°C的高溫處理9h得到最終鎳鈷錳酸鋰正極材料。
【權(quán)利要求】
1.一種鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法，包括三元共沉淀物的制備、離子熱合成、高溫處理以及分離、洗滌過程，其特征在于:所述的離子熱合成是將三元共沉淀物和鋰源按1:2的摩爾比加入環(huán)胺類離子液體中于230-250°C下攪拌反應(yīng)37-40小時(shí)，經(jīng)分離、洗滌得到鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體；所述的高溫處理是將鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體于1100°C條件下處理9小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:三元共沉淀物與鋰源的摩爾比為1:2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的鋰源選自氫氧化鋰、氯化鋰、硝酸鋰、硫酸鋰和磷酸鋰中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的環(huán)胺類離子液體選自具有如下結(jié)構(gòu)通式的環(huán)胺類離子液體中的一種或幾種:
[CAH] + [RCOOr 式中R為H或者C1-C2烷基；CA為1H-1，2，4-三氮唑、2-咪唑基乙胺、哌嗪、六次甲基四胺、咪唑、5-吡唑酮、三聚氰胺、三聚氯氰或2，4- 二氯-6-(鄰氯代胺基)均三氮苯。
【文檔編號】H01M4/505GK104300140SQ201410480071
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】孫琦, 李巖, 孫慧英 申請人:青島乾運(yùn)高科新材料股份有限公司