[发明专利]制备细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备电池正极材料的方法。具体说，是一种替代钴酸锂的锂电池正极材料的细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧的制备方法。

背景技术

在电池生产行业都知道，锂电池以其环保、比容量大、重量轻、适应性强和循环性能好等优势，成为现阶段主要的动力电源。而锂电池的性能好坏，则取决于其正极材料。

目前，已经商业化的锂电池正极材料主要有钴酸锂和锰酸锂两种。钴酸锂比容量较高、其比容量高达150～160mah/g，循环性能好，但耐过充电压较低、只有约5V。而且所用原材料主要是钴，价格较高，生产成本高。而锰酸锂由于其主要原料是锰，锰的价格比较便宜，可降低生产成本。而且其耐过充电压较高、高达10V。但锰酸锂的比容量较低、只有90～110mah/g，循环性能差、只有钴酸锂的60％。

为了解决上述问题，市场上又出现了锂钴镍锰氧。为了获得较高的比容量，所用原料的配方按照钴∶(钴+镍+锰)≥4∶10的摩尔比例进行选材。而为了降低价格，所用原料的配方按照钴∶(钴+镍+锰)≤2∶10的摩尔比例进行选材。这两种材料都是片面强调单一性能，要么耐过充电压小、只有6V，要么比容量低、仅有120～130mah/g，要么循环性能差、只有300～400次。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种制备细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧的方法。采用这种方法制备的细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧，耐过充电压高、高达10V，比容量高、高达165～170mah/g，循环性能好、可达700～800次。

为解决上述问题，采取以下技术方案：

本发明的制备细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧的方法特征是依次包括以下步骤：

先按照金属钴∶金属镍∶金属锰＝1∶1∶1的摩尔比例选取金属钴、金属镍和金属锰；

再将金属钴、金属镍和金属锰分别用浓度为20重量％～40重量％的硝酸反应溶解，制得硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液，该硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液的摩尔浓度均为1～2mol/L；

之后，用相同容积的硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液进行均匀混合，制得混合液A；

之后，用温度为30～80℃的碳酸钠溶液与温度为30～80℃的上述混合液A进行合成；其合成方法是以300～500L/小时的速度分别将碳酸钠溶液和混合液A同时缓慢流入反应釜内，并进行均匀搅拌，使其PH值维持在7.5～9，得到混合液B；当混合液B中出现球体且球体直径达到10～18μm时，进行固液分离，得到细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体；

之后，对细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体进行清洗和烘干，得到细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰粉体；

之后，在700～800℃的温度下，将细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰粉体煅烧6～8小时，得到细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰；

最后，按照细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰∶碳酸锂＝1∶1.05～1.10的摩尔比例，将细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰与碳酸锂充分混合后，在700～800℃的温度下煅烧8～15小时，得到细晶聚合、多孔球形锂钴镍锰氧。

其中，对细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体进行清洗是采用温度为100℃的热水进行清洗。对细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体烘干采用的是温度为100～120℃的烘箱进行烘干。

采取上述方案，具有以下优点：

由于本发明按照金属钴∶金属镍∶金属锰＝1∶1∶1的摩尔比例进行选料，使钴、镍、锰三元素均势组合，优势互补，缺点相互抵消，从而达到具有综合优良性能的效果。与传统配方相比，耐过充电压，比容量高和循环性能都有明显提高。经检测，耐过充电压高达10V，比容量高达165～170mah/g，循环性能可达700～800次。

具体实施方式

实施例一：

先按照金属钴∶金属镍∶金属锰＝1∶1∶1的摩尔比例选取金属钴、金属镍和金属锰，待用；

再将金属钴、金属镍和金属锰分别用浓度为20重量％的硝酸反应溶解，制得硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液，该硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液的摩尔浓度均为1mol/L；

之后，用相同容积的硝酸钴溶液、硝酸镍溶液和硝酸锰溶液进行均匀混合，制得混合液A；

之后，用温度为30℃的碳酸钠溶液与温度为30℃的上述混合液A进行合成；其合成方法是以300L/小时的速度分别将碳酸钠溶液和混合液A同时缓慢流入反应釜内，并进行均匀搅拌，使其PH值维持在7.5，得到混合液B；当混合液B中出现球体且球体直径达到10μm时，用离心机进行固液分离，得到细晶聚合、多孔球形碳酸钴镍锰固体；