一種生產錳酸鋰的方法
2023-05-16 09:02:56 4
一種生產錳酸鋰的方法
【專利摘要】本發明提供了一種生產錳酸鋰的方法，該方法包括以下步驟：首先取電解二氧化錳和含鋰化合物，採用幹法混合，以Mn:Li的摩爾比為2：1.08進行配比混料；然後將混合好的原材料加熱至550～650℃，保溫1～2小時；再向上述預燒後所得材料中加入膠粘劑，然後在輥壓機上壓成塊，將料塊根據承燒板尺寸切成需要的大小，得到塊狀進燒材料，待燒成；之後將上述料塊堆疊在承燒板上，放進燒成窯燒結，燒結溫度為750～850℃，保溫3～5小時，然後自然降溫，完成燒結過程，最後採用軋料機將料塊壓碎，即得成品。本發明通過將錳酸鋰材料進行壓塊燒結，並優化製備過程的相關參數，縮短了錳酸鋰的燒成時間，減少了鋰元素在燒結過程中的揮發，節約了資源及材料成本，增加了產能。
【專利說明】一種生產錳酸鋰的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及新能源材料製備【技術領域】，具體涉及一種生產錳酸鋰的方法。
【背景技術】
[0002]錳酸鋰材料(LiMn2O4)作為鋰離子電池的正極材料，被大量應用於通訊、電動工具、電動自行車及電動汽車動力電池等領域。對於錳酸鋰材料的生產方法，目前行業內主流的合成方法為高溫固相法，即選擇鋰、錳的氧化物或碳酸物等固態化合物，通過高溫灼燒使其反應生成錳酸鋰材料。
[0003]在採用電解二氧化錳(EMD)作為前驅體，配以鋰元進行高溫固相法生產錳酸鋰材料的方法中，均要用到耐火材料(或不鏽鋼介質)作為承燒介質。如圖1 (a)所示，在現有的生產方法中，進料材料為固體粉末狀材料2，所以需要耐火匣缽I進行承燒裝載。這種生產方法中，由於耐火匣缽I的引入，待燒材料與空氣的接觸面積較小，使得燒結反應中吸氧和放氧等反應不容易進行。人們通常通過大量的鼓風排風，使窯腔中的空氣流通，進而促進吸放氧等反應的發生。
[0004]由於耐火材料引入，使材料燒成過程中，與空氣接觸面及與耐材接觸面的材料具有性能方面的差異，一定程度上破壞了材料的一致性。並且，由於承燒介質的存在，燒成加熱的方式變得複雜，有一部分需要熱傳導，即先將承燒介質加熱，再由承燒介質熱傳導給待燒材料，而承燒介質的導熱性通常較差，這就造成了一定的能源浪費。由於強制鼓風排風，又使得窯爐的熱損失增大，窯爐的保溫功率增大，造成了大量能源的浪費。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種生產錳酸鋰的方法，以節約資源及材料成本，降低能耗，增加產能。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案:
[0007]本發明一種生產錳酸鋰的方法，包括以下步驟:
[0008](a)原料的混合:取電解二氧化錳和含鋰化合物，採用幹法混合，其中，所述電解二氧化錳與含鋰化合物，以Mn:Li的摩爾比為2:1.08進行配比混料，獲得充分混合均勻的原材料；
[0009](b)預燒:將混合好的原材料加熱至550~650°C，保溫I~2小時；
[0010](C)壓塊處理:向上述預燒後所得材料中加入膠粘劑，加入所述膠粘劑的量以質量百分比計為2%~5%，然後將混入膠粘劑的物料在輥壓機上壓成塊，將料塊根據承燒板尺寸切成需要的大小，得到塊狀進燒材料，待燒成；
[0011]Cd)燒成:將上述料塊堆疊在承燒板上，放進燒成窯燒結，燒結溫度為750~850°C，保溫3~5小時，然後自然降溫，完成燒結過程；
[0012](e)破碎:採用軋料機將料塊壓碎，即得成品。
[0013]優選地，在所述步驟(a)中，所述電解二氧化錳的平均粒徑為6~15微米。[0014]優選地，在所述步驟(a )中，所述含鋰化合物為碳酸鋰、氫氧化鋰、草酸鋰中的任意一種。
[0015]優選地，在所述步驟(c )中，所述膠粘劑為易低溫揮發的有機粘合劑。
[0016]優選地，在所述步驟(C)中，所述膠粘劑為聚乙烯醇的水溶液。
[0017]優選地，在所述步驟(C)中，所述膠粘劑的濃度以質量分數計為0.2%~0.5%。
[0018]優選地，在所述步驟(C)中，壓成的料塊的厚度為20~50mm，密度為2.2~3.5g/
3
cm ο
[0019]優選地，在所述步驟(d)中，將料塊堆疊在承燒板上，放進燒成窯燒結時，採用料條墊放或料塊等距排放的方式。
[0020]優選地，在所述步驟(d)中，採用所述料條墊放方式時，在上下料塊間設有墊放料條或料塊，以在各料塊之間留夠足夠的通氣空間，所述墊放料條或料塊尺寸為長和寬均為20cm的柱狀條塊。
[0021]其中，料條墊放方式是指將料塊摞在一起，為了在各料塊之間留夠足夠的通氣空間，可在各料塊中間墊放尺寸較小的料塊或料條；料塊等距排放方式是指將料塊立起來，為了在各料塊之間留夠足夠的通氣空間，將各料塊等距排放，各料塊中間留有一定的空隙。
[0022]本發明所達到的有 益效果是:
[0023](I)本發明採用將粉末狀材料壓塊後再進燒的工藝，在燒成過程中免除或減少了承燒耐材，使燒成過程中的加熱的主要方式變為熱輻射和熱對流，使材料與空氣的接觸面增大，更易於燒成反應的發生，同時由於粉末狀的原材料被壓擠到一起，相互接觸更緊密，使燒結反應中的傳熱過程變得易於發生，使材料燒成變得容易，可比粉末狀原材料採用耐火材料承燒的方式縮短燒成時間，將常規的錳酸鋰燒成的高溫保溫時間由原來的10小時以上縮至3~5小時。
[0024](2)在配料時，鋰元材料減少其常規配比的5%~10%，節約了資源及材料成本。
[0025](3)材料燒成後的比表面積可控制在0.5~0.7m2/g，保證了材料用於電池生產時的倍率性能及循環性。同時可以最大程度地減少強制鼓排風，節約大量的能源。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。在附圖中:
[0027]圖1 (a)是現有的採用耐火匣缽承載粉末狀材料的結構示意圖；圖1 (b)是本發明粉末壓塊後採用料條墊放方式進燒的結構示意圖。
[0028]圖2是採用普通方法與採用本發明的方法的燒成溫度和燒成時間曲線對比圖。
[0029]圖3 Ca)是採用料條墊放的方式進燒的結構示意圖；圖3 (b)是採用料塊等距排放的方式進燒的結構示意圖。
[0030]圖中標號:1_耐火匣缽；2_固體粉末狀材料；3_塊狀進燒材料；4_墊放料條或料塊；
【具體實施方式】
[0031]以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0032]實施例1
[0033]本發明一種生產錳酸鋰的方法，包括以下步驟:
[0034](a)原料的混合:取平均粒徑為6微米的電解二氧化錳174kg和碳酸鋰40kg，採用幹法混合，加入0.214kg的三氧化二硼作為助燒劑；即所述電解二氧化錳與碳酸鋰，以Mn:Li的摩爾比為2:1.08，所述三氧化二硼的用量，以重量百分比計為0.1%，進行配比混料，獲得充分混合均勻的原材料；
[0035](b)預燒:將混合好的原材料加熱至550°C，保溫2小時；
[0036](C)壓塊處理:向上述預燒後所得材料中加入聚乙烯醇的水溶液作為膠粘劑，加入所述膠粘劑的量以質量百分比計為2%，濃度以質量分數計為0.2%，然後將混入膠粘劑的物料在輥壓機上壓成塊，壓成的料塊的厚度為20mm，密度為2.2g/cm3，將料塊根據承燒板尺寸切成需要的大小，得到塊狀進燒材料3，待燒成；
[0037](d)燒成:將上述料塊堆疊在承燒板上，採用料條墊放的方式，即在上下料塊間設有墊放料條或料塊4，以在各料塊之間留夠足夠的通氣空間，所述墊放料條或料塊4尺寸為長和寬均為20cm的柱狀條塊。放進燒成窯燒結，燒結溫度為750°C，保溫3小時，然後自然降溫，完成燒結過程；
[0038]( e )破碎:採用軋料機將料塊壓碎，即得成品。
[0039]實施例2
[0040]本發明一種生產錳酸鋰的方法，包括以下步驟:
[0041](a)原料的混合:取平均粒徑為10微米的電解二氧化錳174kg和氫氧化鋰63.7kg，採用幹法混合，加入0.238kg的三氧化二硼作為助燒劑；即所述電解二氧化錳與氫氧化鋰，以Mn:Li的摩爾比為2:1.08，所述三氧化二硼的用量，以重量百分比計為0.1%，進行配比混料，獲得充分混合均勻的原材料；
[0042](b)預燒:將混合好的原材料加熱至600°C，保溫2小時；
[0043](C)壓塊處理:向上述預燒後所得材料中加入聚乙烯醇的水溶液作為膠粘劑，加入所述膠粘劑的量以質量百分比計為5%，濃度以質量分數計為0.5%，然後將混入膠粘劑的物料在輥壓機上壓成塊，壓成的料塊的厚度為40mm，密度為3.0g/cm3，將料塊根據承燒板尺寸切成需要的大小，得到塊狀進燒材料3，待燒成；
[0044](d)燒成:將上述料塊堆疊在承燒板上，採用料條墊放的方式，並在上下料塊間設有墊放料條或料塊4，以在各料塊之間留夠足夠的通氣空間，所述墊放料條或料塊4尺寸為長和寬均為20cm的柱狀條塊。放進燒成窯燒結，燒結溫度為800°C,保溫4小時,然後自然降溫，完成燒結過程；
[0045]( e )破碎:採用軋料機將料塊壓碎，即得成品。
[0046]實施例3
[0047]本發明一種生產錳酸鋰的方法，包括以下步驟:
[0048](a)原料的混合:取平均粒徑為16微米的電解二氧化錳174kg和草酸鋰103.7kg，採用幹法混合，加入0.278kg的三氧化二硼作為助燒劑；即所述電解二氧化錳與草酸鋰，以Mn:Li的摩爾比為2:1.08，所述三氧化二硼的用量，以重量百分比計為0.1%，進行配比混料，獲得充分混合均勻的原材料；[0049](b)預燒:將混合好的原材料加熱至650°C，保溫2小時；
[0050](C)壓塊處理:向上述預燒後所得材料中加入聚乙烯醇的水溶液作為膠粘劑，加入所述膠粘劑的量以質量百分比計為5%，濃度以質量分數計為0.5%，然後將混入膠粘劑的物料在輥壓機上壓成塊，壓成的料塊的厚度為50mm，密度為3.5g/cm3，將料塊根據承燒板尺寸切成需要的大小，得到塊狀進燒材料3，待燒成；
[0051](d)燒成:將上述料塊堆疊在承燒板上，採用料塊等距排放的方式放進燒成窯燒結，燒結溫度為850°C，保溫5小時，然後自然降溫，完成燒結過程；
[0052]( e )破碎:採用軋料機將料塊壓碎，即得成品。
[0053]本發明採用將粉末狀材料壓塊後再進燒的工藝，在燒成過程中免除或減少了承燒耐材，使燒成過程中的加熱的主要方式變為熱輻射和熱對流,使材料與空氣的接觸面增大，更易於燒成反應的發生，同時由於粉末狀的原材料被壓擠到一起，相互接觸更緊密，使燒結反應中的傳熱過程變得易於發生，使材料燒成變得容易，可比粉末狀原材料採用耐火材料承燒的方式縮短燒成時間(如圖1所示)，將常規的錳酸鋰燒成的高溫保溫時間由原來的10小時以上縮至3~5小時。在配料時 ，鋰元材料減少其常規配比的5%~10%，節約了資源及材料成本。材料燒成後的比表面積可控制在0.5~0.7m2/g，保證了材料用於電池生產時的倍率性能及循環性。同時可以最大程度地減少強制鼓排風，節約大量的能源。
[0054]最後應說明的是:以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種生產錳酸鋰的方法，其特徵在於包括以下步驟: Ca)原料的混合:取電解二氧化錳和含鋰化合物，採用幹法混合，其中，所述電解二氧化錳與含鋰化合物，以Mn:Li的摩爾比為2:1.08進行配比混料，獲得充分混合均勻的原材料； (b)預燒:將混合好的原材料加熱至550~650°C，保溫I~2小時； (C)壓塊處理:向上述預燒後所得材料中加入膠粘劑，加入所述膠粘劑的量以質量百分比計為2%~5%，然後將混入膠粘劑的物料在輥壓機上壓成塊，將料塊根據承燒板尺寸切成需要的大小，得到塊狀進燒材料，待燒成； (d)燒成:將上述料塊堆疊在承燒板上，放進燒成窯燒結，燒結溫度為750~850°C，保溫3~5小時，然後自然降溫，完成燒結過程； (e)破碎:採用軋料機將料塊壓碎，即得成品。
2.根據權利要求1所述的一種生產錳酸鋰的方法，其特徵在於:所述步驟(a)中，所述電解二氧化錳的平均粒徑為6~15微米。
3.根據權利要求1所述的一種生產錳酸鋰的方法，其特徵在於:所述步驟(a)中，所述含鋰化合物為碳酸鋰、氫氧化鋰、草酸鋰中的任意一種。
4.根據權利要求2所述的一種生產錳酸鋰的方法，其特徵在於:所述步驟(c)中，所述膠粘劑為易低溫揮發的有機粘合劑。
5.根據權利要求1所述的一種生產錳酸鋰的方法，其特徵在於:所述步驟(c)中，所述膠粘劑為聚乙烯醇的水溶液。
6.根據權利要求1-5任一所述的一種生產錳酸鋰的方法，其特徵在於:所述步驟(c)中，所述膠粘劑的濃度以質量分數計為0.2%~0.5%。
7.根據權利要求6所述的一種生產錳酸鋰的方法，其特徵在於:所述步驟(c)中，壓成的料塊的厚度為20~50mm,密度為2.2~3.5g/cm3。
8.根據權利要求7所述的一種生產錳酸鋰的方法，其特徵在於:所述步驟(d)中，將料塊堆疊在承燒板上，放進燒成窯燒結時，採用料條墊放或料塊等距排放的方式。
9.根據權利要求8所述的一種生產錳酸鋰的方法，其特徵在於:採用所述料條墊放方式時，在上下料塊間設有墊放料條或料塊，所述墊放料條或料塊尺寸為長和寬均為20cm的柱狀條塊。
【文檔編號】H01M4/505GK103466714SQ201310422933
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】馬巖華 申請人:無錫晶石新型能源有限公司