二次鋰離子球形電池富鋰錳基層狀氧化物材料的合成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種微米級球形材料的合成，尤其涉及一種二次鋰離子球形電池富鋰錳基層狀氧化物材料的合成方法。
【背景技術】
[0002]近年來，鋰離子電池在移動數碼產品及電動車領域中得到了廣泛應用。在鋰離子電池中正極材料是制約其發展的重要因素。隨著數碼產品和電動車對電池容量要求的不斷提尚，提尚正極材料的比容量也日益重要。層狀富鋰■猛基材料由于具有250mAh/g以上的尚比容量而受到關注，是鋰離子電池正極材料發展的方向之一。
[0003]同時，采用共沉淀與噴霧干燥法結合的方法制備層狀富鋰錳基材料，操作簡便，易于擴大化生產，產物成分配比精準，粒度均勻，振實密度高，電化學性能好，具有較高的實用價值。
[0004]有鑒于上述的內容，本設計人，積極加以研究創新，以期創設一種二次鋰離子球形電池富鋰錳基層狀氧化物材料的合成方法，使其更具有產業上的利用價值。
【發明內容】
[0005]為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種能夠應用于鋰離子電池的制備工藝流程中，具有化學計量比精準，粒度均勻，電化學性能好的二次鋰離子球形電池富鋰錳基層狀氧化物材料的合成方法。
[0006]本發明提出的一種二次鋰離子球形電池富鋰錳基層狀氧化物材料的合成方法，其特征在于:該合成方法的步驟如下:
[0007](I)將錳源、鎳源、鈷源化合物按照鎳、錳、鈷元素按一定摩爾比進行稱量，加入超純水，配置為總濃度為0.5-2.0moI/L的金屬溶液；
[0008](2)配置濃度為1.0-4mol/L的堿溶液；
[0009](3)配置濃度為10mol/L的氨水作為絡合劑；
[0010](4)配置濃度為lmol/L的氨水作為底液；
[0011](5)共沉淀:將裝有步驟(4)中底液的反應釜置入水浴鍋中，控制水浴溫度為60°C，機械攪拌速率為800-1000rpm，待PH值穩定后用蠕動栗以1:1的速率通入金屬溶液和堿溶液，并緩慢通入絡合劑，保持溶液PH值為10，持續攪拌l_2h，反應完成后得到M (OH)2沉淀(M = N1、Co、Mn)；
[0012](6)將得到的M(OH)2沉淀(M = N1、Co、Mn)分別用去離子水和乙醇離心，在鼓風干燥箱中干燥過夜，然后100-120°C真空干燥12h ;
[0013](7)將干燥后的沉淀通過球磨混合均勻，并加入溶劑和粘結劑得到漿料，進行噴霧干燥，得到前驅體；
[0014](8)按照金屬元素總量:鋰的摩爾比為1: 1.5稱取鋰源化合物，均勻混合；
[0015](9)將混合后的粉末在700-800°C高溫下煅燒10_20h，自然冷卻后得到目標產物球形富鋰錳基層狀氧化物材料。
[0016]作為本發明方法的進一步改進，步驟(I)中所述的錳源為硝酸錳、硫酸錳、乙酸錳這三種中的至少一種，所述的鎳源為硝酸鎳、硫酸鎳、乙酸鎳這三種中的至少一種，所述鈷源為硝酸鈷、硫酸鈷、乙酸鈷這三種中的至少一種。
[0017]作為本發明方法的進一步改進，步驟(2)所述的堿溶液為氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈉這三種中的至少一種。
[0018]作為本發明方法的進一步改進，步驟(7)中所述的球磨混合，球磨時間為2_8h，轉速為 300-400rpm。
[0019]作為本發明方法的進一步改進，步驟(7)中所述的漿料所用溶劑為去離子水，漿料固含量為10% -30%，所用粘結劑為聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮這兩種中的至少一種。
[0020]作為本發明方法的進一步改進，步驟(7)中所述的噴霧干燥采用壓力式噴霧干燥機，壓強為2-3Bar，進風溫度為200-220 °C，出風溫度為100-120 °C，進料速度為2_10mL/
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[0021]作為本發明方法的進一步改進，步驟(8)中所述的鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、硝酸鋰這三種中的至少一種。
[0022]借由上述方案，本發明至少具有以下優點:本發明二次鋰離子球形電池富鋰錳基層狀氧化物材料的合成方法是通過共沉淀制備鎳、鈷、錳的氫氧化物前驅，再用噴霧干燥得到微米級球形前驅物，最后與鋰源混合燒結得到球形富鋰錳基層狀氧化物材料。其優勢表現在:操作簡便，易于擴大化生產。所得的球形富鋰錳基層狀氧化物材料形貌較好，成分配比準確，粒度均勻，振實密度高，電化學性能好。
[0023]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明實施例一中制備的二次鋰離子球形富鋰錳基層狀氧化物材料的SEM圖；
[0025]圖2為本發明實施例一中制備的二次鋰離子球形富鋰錳基層狀氧化物材料在1/30C倍率下前兩圈充放電曲線圖；
[0026]圖3為本發明實施例一中制備的二次鋰離子球形富鋰錳基層狀氧化物材料在1/30C倍率下循環曲線圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0028]實施例一:
[0029]0.5Li2Mn03.0.5Li (Nia4Coa2Mna4) O2的合成，其步驟如下:
[0030](I)將硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳化合物按照摩爾比Ni: Co: Mn = 0.2: 0.1: 0.7稱量，加入超純水，配置為總濃度為1.0moI/L的金屬溶液250mL ；
[0031 ] (2)配置濃度為2.0moI/L的NaOH堿溶液250mL ；
[0032](3)配置濃度為10mol/L的氨水50mL作為絡合劑；
[0033](4)配置濃度為lmol/L的氨水500mL作為底液；
[0034](5)共沉淀:將裝有步驟(4)中底液的反應釜置入水浴鍋中，控制水浴溫度為60°C，機械攪拌速率為lOOOrpm，待PH值穩定后用蠕動栗以1:1的速率通入金屬溶液和堿溶液，并緩慢通入絡合劑，保持溶液PH值為10，持續攪拌2h，反應完成后得到沉淀；
[0035](6)將得到的Nia2CoaiMna7(OH)^淀分別用去離子水和乙醇離心，在鼓風干燥箱中干燥過夜，然后120°C真空干燥12h ;
[0036](7)將干燥后的沉淀球磨混合，并加入去離子水和粘結劑得到漿料，進行噴霧干燥，得到前驅體；
[0037](8)按照金屬元素總量:鋰的摩爾比為1:1.5稱取碳酸鋰和前驅體粉末，均勻混合；
[0038](9)將混合后的粉末在750 °C高溫下煅燒12h，自然冷卻后得到目標產物0.5Li2MnO3.0.5Li (Nia4Coa2Mna4) O2材料。
[0039]實施例二:
[0040]0.5Li2Mn03.0.5Li (Nia33Coa33Mna33) 02的合成，其步驟如下:
[0041](I)將硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳化合物按照摩爾比N1: Co: Mn =0.167: 0.167: 0.667稱量，加入超純水，配置為總濃度為1.0mol/L的金屬溶液250mL。
[0042](2)配置濃度為2.0moI/L的NaOH堿溶液250mL ；
[0043](3)配置濃度為10mol/L的氨水50mL作為絡合劑；
[0044](4)配置濃度為lmol/L的氨水500mL作為底液；
[0045](5)共沉淀:將裝有步驟(4)中底液的反應釜置入水浴鍋中，控制水浴溫度為60°C，機械攪拌速率為lOOOrpm，待PH值穩定后用蠕動栗以1:1的速率通入金屬溶液和堿溶液，并緩慢通入絡合劑，保持溶液PH值為10，持續攪拌2h，反應完成后得到沉淀；
[0046](6)將得到的NiQ.167CoQ.167MnQ.667 (0H)^淀分別用去離子水和乙醇離心，在鼓風干燥箱中干燥過夜，然后120°C真空干燥12h ;
[0047](7)將干燥后的沉淀球磨混合，并加入去離子水和粘結劑得到漿料，進行噴霧干燥，得到前驅體；
[0048](8)按照金屬元素