專利名稱：納米層狀富鋰材料的制備方法及表面修飾方法
技術領域：
本發明涉及一種鋰電池正極材料的制備方法，具體是一種納米層狀富鋰材料Li [Lia20Ni0.
133。〇0. 133^0. S3JO2的制備方法及表面修飾方法。
背景技術：
納米層狀材料Li [Li。. JiamCoamMna 534] O2是一種用于鋰電池制造中的正極材料，傳統采用鎳鈷錳液相共沉淀方法制備該材料，耗費大量水，對環境污染大，同時其工藝過程復雜，成本高。為提高鋰電池的循環壽命，通常還采用共沉淀方法對上述的正極材料進行表面修飾，這種表面修飾方法效果不佳，提高電池循環壽命的效果仍然不理想。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種工藝方法簡單、制備成本低、可有效延長鋰電池循環壽命的納米層狀富鋰材料Li [Lia2tlNia U3Coai33Mntl 534] O2的制備方法及表面修飾方法。本發明的納米層狀富鋰材料Li [Li。. 20Ni0.133CoQ. 133MnQ. 534] O2的制備方法包括以下步驟a.原料制備，將體積濃度95% 99%的工業酒精按重量份數40-70份加入到納米磨中；攪拌狀態下，將NiC03、CoC03、MnC03三者按摩爾比例Ni Co Mn =0.133 0.133 0.534，加入到酒精溶液中，控制三者的總重量份數在40 100份，攪拌混合1-2小時；然后在80-90°C條件下真空脫酒精處理I 4小時，最終得到三者固體混合物，粒度在 100nm-2000nm ；b.廣品制備，b-1.將上述三者固體混合物，與Li2C03粉末均勻混合，混合摩爾比例為Li+ 金屬離子總和=1.3 0. 8 ；b-2.將上述步驟b-1獲得的混合粉末置于空氣氛圍的燒結爐中，先在480 °C加熱5個小時；然后將混合物950°C在空氣中燒結15個小時即得到納米層狀Li [Lia20Ni0.
133。。0. 133胞0. 534] O2。本發明納米層狀富鋰材料Li [Lia2tlNia 133Co0.133Mn0.534] O2的產品表面修飾方法包括以下步驟步驟一，溶膠的配置，將Al(NO3)3 9H20，和LiOH分別在蒸餾水中溶解，溶液濃度
0.5mol/L lmol/L，控制溶液溫度在23-27°C，配置以上足量的溶液待用；按照Al (NO3)3和LiOH物質的量I : 3的比例取用兩溶液，在攪拌狀態下混合，采用硝酸或氨水調整pH在4-8范圍內，將溫度控制在23-27°C范圍內形成氫氧化鋁溶膠； 步驟二，表面修飾，在蒸餾水體系下，按照重量份數蒸餾水40 70份，加入重量份數100 300份的上述納米層狀Li [LiaMNiai33Coai33Mna 534] O2，攪拌混合2 5分鐘形成均勻的料漿；按照Al/Mn = 0. 005-0. 01的摩爾比例，將配置的氫氧化鋁溶膠加入到料漿中，控制溶膠加入速度在0. 5L 2L/min，攪拌混合0. 5h Ih ;溶膠加入過程，保持料漿在持續混合過程中；整個過程均控制料漿溫度在23-27°C范圍內，采用氨水或硝酸控制pH在4-8 ；步驟三，后續熱處理，將以上漿料在80 120°C真空脫水處理2 5小時，脫水后的固體粉末在空氣氣氛中，4000C -550°C熱處理4 12小時，過200目篩后即得到作為鋰電池正極材料的最終產品。與傳統的液相共沉淀方法相比，本發明通過溶膠凝膠方法獲得經表面修飾的納米層狀富鋰材料Li [Li0.20Ni0.133Co0.133Mn0.534] O2,其不僅制備工藝簡單、成本低，同時其表面修飾效果好，可有效延長鋰電池產品的循環壽命。
具體實施方式
本發明方法制備鋰電池正極材料的實施例如下一、原料制備，將體積濃度95% 99%的工業酒精按60公斤加入到納米磨中；攪拌狀態下，將 NiC03、CoC03、MnC03 三者按摩爾比例 Ni Co Mn = O. 133 0. 133 0.534，加入到酒精溶液中，控制三者的總重量80公斤，攪拌混合2小時；然后在85°C條件下真空脫酒精處理3小時，最終得到三者固體混合物，粒度在IOOnm 2000nm ；二、產品制備，I)將上述三者固體混合物，與Li2C03粉末均勻混合，混合摩爾比例為Li+ 金屬離子總和=1.3 0. 8 ;這里的比例大于Li [Lia2ciNiai33Coai33Mna53JO2中的理論值(1.2 0.8)，使用過量的鋰，因為一小部分鋰在燒結過程中會揮發掉；2)將上述步驟I)獲得的混合粉末置于空氣氛圍的燒結爐中，先在480 °C加熱5個小時；然后將混合物950°C在空氣中燒結10-20個小時即得到納米層狀Li [Lia20Ni0.
133。。0. 133胞0. 534] O2。三、表面修飾，I)溶膠的配置，將Al (NO3) 3. 9H20,和LiOH分別在蒸餾水中溶解，溶液濃度
0.5mol/L lmol/L，控制溶液溫度在23_27°C，配置以上足量的溶液待用；按照A1(N03)3和LiOH物質的量I : 3的比例取用兩溶液，在攪拌狀態下混合，采用硝酸或氨水調整pH在4-8范圍內，將溫度控制在23-27°C范圍內形成氫氧化鋁溶膠；2)表面修飾，在蒸餾水體系下，按照蒸餾水60公斤，加入200公斤的上述納米層狀Li [Li。. Jiai33Coai33Mna 534] O2，攪拌混合 5 分鐘形成均勻的料漿；按照 Al/Mn = 0. 005-0. 01的摩爾比例，將配置的氫氧化鋁溶膠加入到料漿中，控制溶膠加入速度在lL/min，攪拌混合Ih ;溶膠加入過程，保持料漿在持續混合過程中；整個過程均控制料漿溫度在23-27°C范圍內，采用氨水或硝酸控制PH在4-8 ；3)后續熱處理，將以上漿料在100°C真空脫水處理4小時，脫水后的固體粉末在空氣氣氛中，500°C度熱處理10小時，過200目篩后即得到作為鋰電池正極材料的最終產品。上述實施例的最終產品測試數據如下I、顆粒大小分布比較均勻，平均直徑約1-3 ii m ;2、正極材料的粉末顆粒壓實密度約為3. 02g/cm3 ；3、晶體機構用XRD分析為層狀氧化物結構，即a -NaFeO2結構；4、用金屬鋰做參考電極，放電平均電壓在3. 5伏左右；
5、用于4.5V扣電IC初次放電容量約165_170mAh/g，100次充放電循環以后還保
有初次容量的94%左右。
權利要求
1.一種納米層狀富鋰材料的制備方法包括以下步驟 a.原料制備，將體積濃度95% 99%的工業酒精按重量份數40-70份加入到納米磨中；攪拌狀態下，將NiC03、(00)3、]\1110)3三者按摩爾比例附(0:]\111 =0. 133:0. 133:0. 534，加入到酒精溶液中，控制三者的總重量份數在40 100份，攪拌混合1-2小時；然后在80-90°C條件下真空脫酒精處理I 4小時，最終得到三者固體混合物，粒度在100nm-2000nm ； b.廣品制備， b-1.將上述三者固體混合物，與Li2C03粉末均勻混合，混合摩爾比例為Li +:金屬離子總和=1.3 0. 8 ； b-2.將上述步驟b-1獲得的混合粉末置于空氣氛圍的燒結爐中，先在480°C加熱5個小時；然后將混合物950°C在空氣中燒結10-20個小時即得到納米層狀Li [Lia20Ni0.133。。0. 133胞0. 534] O2。
2.—種納米層狀富鋰材料的產品表面修飾方法包括以下步驟 步驟一，溶膠的配置，將Al(NO3)3. 9H20,和LiOH分別在蒸餾水中溶解，溶液濃度.0. 5mol/L lmol/L，控制溶液溫度在23_27°C，配置以上足量的溶液待用；按照Al (NO3)3和LiOH物質的量1:3的比例取用兩溶液，在攪拌狀態下混合，采用硝酸或氨水調整pH在4-8范圍內，將溫度控制在23-27°C范圍內形成氫氧化鋁溶膠； 步驟二，表面修飾，在蒸餾水體系下，按照重量份數蒸餾水40 70份，加入重量份數.100 300份如權利要求I所述方法制備的納米層狀Li [Lia2tlNiamCoai33Mna 534] O2，攪拌混合2 5分鐘形成均勻的料漿；按照Al/Mn=0. 005-0. 01的摩爾比例，將配置的氫氧化鋁溶膠加入到料漿中，控制溶膠加入速度在0. 5L 2L/min，攪拌混合0. 5h Ih ;溶膠加入過程，保持料漿在持續混合過程中；整個過程均控制料漿溫度在23-27°C范圍內，采用氨水或硝酸控制pH在4-8 ； 步驟三，后續熱處理，將以上漿料在80 120°C真空脫水處理2 5小時，脫水后的固體粉末在空氣氣氛中，400°C 550°C熱處理4 12小時，過200目篩后即得到作為鋰電池正極材料的最終產品。
全文摘要
本發明涉及一種鋰電池正極材料的制備方法，具體是一種納米層狀富鋰材料的制備方法及表面修飾方法。該方法包括以下步驟a.原料制備，將工業酒精40-70份加入到納米磨中；攪拌狀態下，將NiCO3、CoCO3、MnCO3三者按摩爾比例Ni:Co:Mn=0.133:0.133:0.534，加入到酒精溶液中，三者的總份數在40～100份，攪拌混合然后真空脫酒精處理得到三者固體混合物；b.產品制備，將三者固體混合物與Li2CO3粉末均勻混合，混合摩爾比例為Li+金屬離子總和=1.30.8；將獲得的混合粉末置于空氣氛圍的燒結爐中燒結得到納米層狀Li[Li0.20Ni0.133Co0.133Mn0.534]O2。與傳統方法相比，本發明不僅制備工藝簡單、成本低，同時其表面修飾效果好，可有效延長鋰電池產品的循環壽命。
文檔編號H01M4/485GK102623688SQ20121008152
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月23日 優先權日2012年3月23日
發明者崔立峰, 楊克濤, 王熙幀, 王輝, 葛云科 申請人:江蘇科捷鋰電池有限公司