一種高壓實密度、高產能的錳酸鋰正極的制備方法
【專利摘要】本發明屬于新能源材料制備【技術領域】，涉及一種高壓實密度、高產能的錳酸鋰正極的制備方法，本方法是將錳酸鋰燒結前的混合料壓成團塊再放到燒結爐中進行燒結，由于經壓團的物料接觸很緊密，燒結料堆比重由未經壓團燒結的1.06提高到1.39，提高了31％，相應的窯爐產量可提高31％，而電耗及工時幾乎不變，即在幾乎相同的電耗及工時的情況下，錳酸鋰的產能可提高31％，同時，也大大改善了物料間的高溫固相反應動力學條件，有利于反應產物晶粒的長大及晶形完善，使得錳酸鋰產品的質量得到了改善，孔隙率減小，錳酸鋰電池中正極壓實密度由2.90左右提高到3.00以上，這有利于提高電池的體積能量密度，滿足了市場需要。
【專利說明】一種高壓實密度、高產能的錳酸鋰正極的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于新能源材料制備【技術領域】，涉及一種高壓實密度、高產能的錳酸鋰正極的制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，由于全球范圍內的能源危機、大氣污染、溫室效應等原因，在全世界掀起了一個發展新能源汽車的高潮，中國政府在發展新能源汽車產業上決心很大，相繼出臺了一系列鼓勵政策，新能源汽車已成為汽車行業的熱點，而動力電池作為新能源汽車的“心臟”，其研發與生產成為發展新能源汽車的重中之重。CMIC專家預測到2012年，中國將形成50萬輛新能源汽車產能，形成10億安時的車用高能單體動力電池生產能力，國內汽車動力電池市場規模可達到100億元。
[0003]鋰離子動力電池的關鍵組成部分正極材料主要為錳酸鋰和磷酸鐵鋰，日本和韓國偏向于使用錳系，近幾年日本在不斷擴大錳酸鋰的生產規模，據報道，到2012年日本電工株式會社錳酸鋰總生產能力將達到6700噸/年，日本戶田工業株式會社將達到6500噸/年。美國偏向于鐵系，但近期也加大了錳系材料的研究。磷酸鐵鋰由于低溫性能和批次穩定性較差，目前尚未大批量地投入使用，而錳酸鋰在技術上更加成熟，具有很好的低溫性能和批次穩定性。
[0004]國內錳酸鋰材料現正處于快速發展階段，技術在不斷進步，性能在不斷改善，產能在不斷提高，但產品性能與日本等發達國家比還有一定差距。因此，我們必須在現有的基礎上，進一步吸收國外先進技術，廣泛收集國內外有關鋰電行業的技術信息，加大研發力度，開發自主創新的新技術，爭取在降低成本、改善性能方面有較大的突破，大大推動我國鋰電產業的快速發展。
[0005]目前，國內生產錳酸鋰的方法幾乎都是粉料燒結，堆比重小，單臺爐子產量低，物料接觸也不緊密，孔隙率大，物料粒子間反應不充分，性能有缺陷，錳酸鋰電池中正極壓實密度也難以提高。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是提供一種工藝簡單且易實現產業化生產的提高錳酸鋰產能及錳酸鋰電池中正極壓實密度的方法。
[0007]本發明以如下技術方案解決上述技術問題:
[0008]本發明的方法包括以下各步驟:
[0009](I)取燒結前的按配方混合的二氧化錳與碳酸鋰混合料，加入質量比為0.6?1.2%的有機粘結劑羥基纖維素CMC，混勻；
[0010](2)將步驟(I)制得的混合料裝入壓機的模具中；
[0011](3)將裝好料的模具放到壓機的測壓臺上，以300?600kg/cm2壓力壓制成錳酸鋰團塊；
[0012](4)將壓制好的錳酸鋰團塊放入燒結爐中燒結，燒結溫度為800?850°C，燒結時間為10?15小時；
[0013](5)燒結反應結束后，將燒結好的錳酸鋰團塊破碎，用0.045mm分析篩篩分，篩下產品為錳酸鋰產品；
[0014](6)將錳酸鋰產品按常規方法壓制成極片，測壓實密度；
[0015](7)將錳酸鋰極片按常規方法做成053048鋁殼實效電池并檢測其容量及衰減性倉泛。
[0016]步驟⑴中加入有機粘結劑羥基纖維素CMC的質量比為0.6-1.2%,
[0017]步驟(3)中的加壓時間3-10秒。
[0018]步驟⑶中的錳酸鋰團塊邊長20_50mm。
[0019]步驟(3)中的錳酸鋰團塊以橢圓形最好。
[0020]步驟(5)中燒結好的錳酸鋰團塊破碎的控制粒度為D50彡15 μ。
[0021]步驟(5)中燒結好的錳酸鋰團塊可由剛玉對輥機破碎。
[0022]本方法是將錳酸鋰燒結前的混合料壓成團塊再放到燒結爐中進行燒結，由于經壓團的物料接觸很緊密，燒結料堆比重由未經壓團燒結的1.06提高到1.39，提高了 31%，相應的窯爐產量可提高31%，而電耗及工時幾乎不變，即在幾乎相同的電耗及工時的情況下，錳酸鋰的產能可提高31%，同時，也大大改善了物料間的高溫固相反應動力學條件，有利于反應產物晶粒的長大及晶形完善，使得錳酸鋰產品的質量得到了改善，孔隙率減小，錳酸鋰電池中正極壓實密度由2.90左右提高到3.00以上，這有利于提高電池的體積能量密度，滿足了市場需要。
【具體實施方式】
[0023]本發明在燒結前的混合料中加入了有機粘結劑羥基纖維素，可大大提高團塊強度，確保團塊在裝運過程中不粉碎，而有機粘結劑羥基纖維素在高溫燒結時生成氣相揮發，不會殘留在錳酸鋰產品中影響產品質量。
[0024]壓制團礦的壓力及壓制時間決定著團塊的抗碎能力，為了確保團塊在運輸及裝料過程不破碎，團塊必須要壓緊，一般壓力為300-600kg/cm2。
[0025]因為團塊是在固相下燒結的,還沒有形成液相燒結,容易粉碎,粉碎料經0.045mm分析篩篩分，控制粒度D50 < 15 μ。
[0026]燒結溫度與時間對猛酸鋰產品質量影響很大，一般要求燒結溫度為800_850°C,燒結時間為10-15小時。
[0027]本發明是用生產錳酸鋰電池的方法將錳酸鋰材料壓制成極片，測壓實密度，其代表性、穩定性好。步驟(7)中的053048鋁殼實效電池是按常規的錳酸鋰電池生產流程制作，能真實反映錳酸鋰團塊的電性能。
[0028]實施例1
[0029]從錳酸鋰生產線取堆比重為1.06的二氧化錳與碳酸鋰的混合料2000g，加入有機粘結劑羥基纖維素(簡稱CMC) 20g,將有機粘結劑配成溶液與混合料分散混勻，每次稱取80克混勻后的料在壓機上用500kg/cm2的壓力、壓制時間3秒、壓成30*40*40的塊狀，測堆比重為1.39，這樣窯爐的產量相應地提高了 31% ;將團塊放入推板窯中燒結，燒結溫度為840°C，燒結時間為llh，燒結后將團塊粉碎，用0.045mm分樣篩篩分，篩下料為錳酸鋰產品。
[0030]按制作錳酸鋰電池的常規流程，先將錳酸鋰產品做成極片，測其壓實密度為
3.05g/cm3,
[0031]而用常規方法制備的錳酸鋰極片壓實密度為2.90左右，即本發明方法制備的錳酸鋰極片壓實密度提高了約5.0% ;用本發明方法制備的錳酸鋰極片做成053048鋁殼實效電池，檢測其電性能，經50次充放電循環檢測，初始IC放電容量為108mAh/g，衰減為5.4%。完全能滿足客戶要求。
[0032]實施例2
[0033]從錳酸鋰生產線取二氧化錳與碳酸鋰的混合料lOOOg，加入有機粘結劑羥基纖維素6g，將有機粘結劑配成溶液與混合料分散混勻，每次稱取80克混勻后的料在壓機上用400kg/cm2的壓力、壓制時間6秒、壓成長軸為50mm的橢圓形的塊狀,測堆比重為1.34,將團塊放入推板窯中燒結，燒結溫度為810°C，燒結時間為14h，燒結后將團塊粉碎，用0.045mm分析篩篩分,篩下料為猛酸鋰產品。
[0034]按制作錳酸鋰電池的常規流程，首先將錳酸鋰產品做成極片，測其壓實密度為
3.03g/cm3，然后繼續做成053048鋁殼實效電池，檢測其電性能，經50次充放電循環檢測，初始IC放電容量為106mAh/g，衰減為5.0%。能滿足客戶要求。
【權利要求】
1.一種高壓實密度、高產能的錳酸鋰正極的制備方法，其特征是工藝步驟為: (1)取燒結前的按配方混合的二氧化錳與碳酸鋰混合料，加入質量比為0.6?1.2%的有機粘結劑羥基纖維素CMC，混勻； (2)將步驟(I)制得的混合料裝入壓機的模具中； (3)將裝好料的模具放到壓機的測壓臺上，以300?600kg/cm2壓力壓制成錳酸鋰團塊； (4)將壓制好的錳酸鋰團塊放入燒結爐中燒結，燒結溫度為800?850°C，燒結時間為10?15小時； (5)燒結反應結束后，將燒結好的錳酸鋰團塊破碎，用0.045mm分析篩篩分，篩下產品為猛Ife裡廣品； (6)將錳酸鋰產品按常規方法壓制成極片，測壓實密度； (7)將錳酸鋰極片按常規方法做成053048鋁殼實效電池并檢測其容量及衰減性能。
2.如權利要求1所述的一種高壓實密度、高產能的錳酸鋰正極的制備方法，其特征是步驟⑶中的加壓時間3?10秒。
3.如權利要求1所述的一種高壓實密度、高產能的錳酸鋰正極的制備方法，其特征是步驟⑶中的錳酸鋰團塊邊長20?50mm。
4.如權利要求1或3所述的一種高壓實密度、高產能的錳酸鋰正極的制備方法，其特征是步驟(3)中的錳酸鋰團塊以橢圓形最好。
5.如權利要求1所述的一種高壓實密度、高產能的錳酸鋰正極的制備方法，其特征是步驟(5)中燒結好的錳酸鋰團塊破碎的控制粒度為D50彡15 μ m。
6.如權利要求1所述的一種高壓實密度、高產能的錳酸鋰正極的制備方法，其特征是步驟(5)中燒結好的錳酸鋰團塊可由剛玉對輥機破碎。
【文檔編號】H01M4/505GK104201372SQ201410398448
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月13日 優先權日:2014年8月13日
【發明者】孫琦, 李巖, 孫慧英 申請人:青島乾運高科新材料股份有限公司