一種摻錳鎳酸鋰精制材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明公開了一種摻錳鎳酸鋰精制材料的制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在能源危機和環(huán)境保護雙重壓力下，全球性的生態(tài)和能源危機日益嚴(yán)重，世界各國紛紛指定節(jié)能減排的目標(biāo)，采取有效措施實現(xiàn)經(jīng)濟的綠色發(fā)展，最終實現(xiàn)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)低碳經(jīng)濟的轉(zhuǎn)變。
[0003]鋰離子電池是性能卓越的新一代綠色高能電池，已成為高新技術(shù)發(fā)展的重點之一，鋰離子電池具有以下特點:高電壓、高容量、低消耗、無記憶效應(yīng)、無公害、體積小、內(nèi)阻小、自放電少、循環(huán)次數(shù)多，因其上述特點，鋰離子電池已應(yīng)用到移動電話、筆記本電腦、攝像機、數(shù)碼相機等眾多民用及軍事領(lǐng)域。
[0004]目前，鋰離子電池正極材料主要集中在鈷系、鎳系和錳系材料，國內(nèi)研究較多的主要包括LiCo02、LiNi02和LiMn204。其中層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2電極性能良好，是市場上商品鋰離子電池廣泛采用的正極材料，但其存在資源短缺、價格高、污染大等缺點；近些年尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4獲得廣泛深入的研究，但由于容量偏低，高溫下容量衰減嚴(yán)重等問題，其應(yīng)用范圍也受到一定的限制。與結(jié)構(gòu)相似的LiCoO2相比，LiN12具有容量高，功率大，價格適中等優(yōu)點，但存在合成困難，熱穩(wěn)定性差等問題，其實用化進程一直較緩慢。
[0005]因此，急需探尋一種材料，用來代替鋰離子電池鈷系、鎳系和錳系材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對目前鋰離子電池正極材料中LiCoO2雖電極性能良好，但資源短缺，價格高，污染大，而LiMn2O4容量偏低，高溫下容量衰減嚴(yán)重，使其應(yīng)用范圍也受到一定的限制，除此以外LiN12也存在合成困難，熱穩(wěn)定性差的現(xiàn)狀，提供了一種利用摻錳鎳酸鋰精制材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鈷系、鎳系和錳系材料，作為鋰離子電池正極材料的方法。該方法將硝酸鋁、硝酸鎳以及尿素混合，引入氨水，反應(yīng)后離心得沉淀物，隨后將沉淀物高溫煅燒，在熔融狀態(tài)下撒入抗化血酸，之后再將硫酸錳曝氣后與雙氧水氧化生成的二氧化錳加入其中進行煅燒，最后在煅燒物中點燃鎂條，降溫后，通過鹽酸的浸泡，過濾，從而得到一種摻錳鎳酸鋰精制材料。本發(fā)明不僅方法獨特新穎，操作過程無任何污染，而且制得的摻錳鎳酸鋰精制材料熱穩(wěn)定性好，電子、離子導(dǎo)電率高，快速充放電循環(huán)性能穩(wěn)定，比容量高，非常適合作為鋰離子電池正極材料使用。
[0007 ]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(I)配制濃度為1.0mol/L的硝酸鋁溶液，置于容器中，并按質(zhì)量比2:1?4:1，向容器中倒入質(zhì)量濃度為1.2mol/L的硝酸鎳溶液，提升溫度至45?50°C，恒溫加熱攪拌I?2h，得混合液，隨后在得到的混合液中加入混合液質(zhì)量5?10 %的尿素，繼續(xù)加熱攪拌10?15min，待攪拌結(jié)束，再向容器中加入質(zhì)量濃度為25%的氨水，調(diào)節(jié)pH值為7.0?7.2為止，繼續(xù)在45?50°C下反應(yīng)I?2h; (2)待上述反應(yīng)結(jié)束，將反應(yīng)后得到的漿液在10?15°C下恒溫晶化2?4h，隨后移入高速離心機中，在1200?1300r/min的轉(zhuǎn)速下離心處理25?35min，去液，留渣，置于馬弗爐中，在800?900 0C下高溫煅燒，直至熔融，之后保持熔融溫度，并在其中均勻撒入熔融物質(zhì)量5?8%的抗化血酸，以300?500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，直至完全恪融，保溫，備用；
(3 )取200?300g硫酸錳置于反應(yīng)釜中，向其中加入I?2L清水，攪拌溶解后，向反應(yīng)釜底部以5?10mL/min的速率通入氧氣，10?12min后停止通入，曝氣I?3h，待曝氣結(jié)束，密閉靜置45?55min，隨后再向反應(yīng)釜中加入硫酸錳質(zhì)量50?60%重量濃度為30%的過氧化氫，氧化反應(yīng)2?3h，得黑色二氧化錳；
(4)按質(zhì)量比為1:2?1:4，將上述得到的黑色二氧化錳放入上述步驟(2)制得的熔融物質(zhì)中，攪拌均勻，放入馬弗爐中，在900?1000°C下煅燒I?2h;
(5)待上述煅燒結(jié)束，將煅燒后的物質(zhì)放入容器中，隨后取鎂條，點燃后迅速放入容器中，使得鎂條自然燃燒，待燃燒完畢，自行降溫至室溫；
(6)將上述冷卻后的物質(zhì)取出，經(jīng)機械粉碎后過200?220目篩，置于質(zhì)量濃度為35%的鹽酸溶液中浸泡40?45min，隨后過濾，去液，留渣，即可得到一種摻錳鎳酸鋰精制材料。
[0008]本發(fā)明制得的摻錳鎳酸鋰精制材料體積能量密度為380Wh/Ι以上，壓實密度高達4.(^/0113以上，振實密度達1.8?2.58/1]11^，粒度為8~1(^111，放電比容量達150?17011^11/^。
[0009]本發(fā)明的應(yīng)用方法是:將本發(fā)明制得的摻錳鎳酸鋰精制材料、乙炔黑和聚四氟乙烯，按質(zhì)量比為1:9: 5充分混勻，以5?1mLN-甲基吡咯烷酮為溶劑攪拌均勻形成溶液，將其涂布在銅箔上，壓制成直徑6?8mm的極片，置于100?120°C下烘12?15h，隨后將烘干后的極片置于手套箱中封裝電池，靜置12?14h即可，使用后，檢測其振實密度達1.8?2.5g/mL，比容量達150?170mAh/g以上，具有較高的電子、離子導(dǎo)電率、比容量高的特性。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明方法獨特新穎，合成簡易，操作過程中也沒有任何污染；
(2)本發(fā)明制得的摻錳鎳酸鋰精制材料熱穩(wěn)定性好，電子、離子導(dǎo)電率高，快速充放電循環(huán)性能穩(wěn)定，比容量高，非常適合作為鋰離子電池正極材料使用。
【具體實施方式】
[0011 ] 首先配制濃度為1.0mol/L的硝酸鋁溶液，置于容器中，并按質(zhì)量比2:1?4:1，向容器中倒入質(zhì)量濃度為1.2mol/L的硝酸鎳溶液，提升溫度至45?50 °C，恒溫加熱攪拌I?2h，得混合液，隨后在得到的混合液中加入混合液質(zhì)量5?10%的尿素，繼續(xù)加熱攪拌10?15min，待攪拌結(jié)束，再向容器中加入質(zhì)量濃度為25 %的氨水，調(diào)節(jié)pH值為7.0?7.2為止，繼續(xù)在45?50 0C下反應(yīng)I?2h;待上述反應(yīng)結(jié)束，將反應(yīng)后得到的漿液在10?15 °C下恒溫晶化2?4h，隨后移入高速離心機中，在1200?13001'/111；[11的轉(zhuǎn)速下離心處理25?351]1；[11，去液，留渣，置于馬弗爐中，在800?900°C下高溫煅燒，直至熔融，之后保持熔融溫度，并在其中均勻撒入熔融物質(zhì)量5?8 %的抗化血酸，以300?500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，直至完全熔融，保溫，備用；隨后取200?300g硫酸錳置于反應(yīng)釜中，向其中加入I?2L清水，攪拌溶解后，向反應(yīng)釜底部以5?10mL/min的速率通入氧氣，10?12min后停止通入，曝氣I?3h，待曝氣結(jié)束，密閉靜置45?55min，隨后再向反應(yīng)釜中加入硫酸錳質(zhì)量50?60%重量濃度為30%的過氧化氫，氧化反應(yīng)2?3h，得黑色二氧化錳;接下來按質(zhì)量比為1:2?1:4，將上述得到的黑色二氧化錳放入上述制得的熔融物質(zhì)中，攪拌均勻，放入馬弗爐中，在900?1000 0C下煅燒I?2h ；待上述煅燒結(jié)束，將煅燒后的物質(zhì)放入容器中，隨后取鎂條，點燃后迅速放入容器中，使得鎂條自然燃燒，待燃燒完畢，自行降溫至室溫;最后將上述冷卻后的物質(zhì)取出，經(jīng)機械粉碎后過200?220目篩，置于質(zhì)量濃度為35 %的鹽酸溶液中浸泡40?45min，隨后過濾，去液，留渣，即可得到一種摻錳鎳酸鋰精制材料。
[0012]實例I
首先配制濃度為1.0mol/L的硝酸鋁溶液，置于容器中，并按質(zhì)量比2:1，向容器中倒入質(zhì)量濃度為1.2mol/L的硝酸鎳溶液，提升溫度至45°C，恒溫加熱攪拌lh，得混合液，隨后在得到的混合液中加入混合液質(zhì)量5 %的尿素，繼續(xù)加熱攪拌1min，待攪拌結(jié)束，再向容器中加入質(zhì)量濃度為25 %的氨水，調(diào)節(jié)pH值為7.0為止，繼續(xù)在45 V下反應(yīng)Ih;待上述反應(yīng)結(jié)束，將反應(yīng)后得到的漿液在10°C下恒溫晶化2h，隨后移入高速離心機中，在1200r/min的轉(zhuǎn)速下離心處理25min，去液，留渣，置于馬弗爐中，在800°C下高溫煅燒，直至熔融，之后保持熔融溫度，并在其中均勻撒入熔融物質(zhì)量5%的抗化血酸，以300r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，直至完全熔融，保溫，備用；隨后取200g硫酸錳置于反應(yīng)釜中，向其中加入IL清水，攪拌溶解后，向反應(yīng)釜底部以5mL/min的速率通入氧氣，