一種提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰性能的方法
2023-05-18 19:46:36 1
一種提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰性能的方法
【專利摘要】本發明公開了一種提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰性能的方法，將含鋰離子和含磷酸根離子的原料分別配製成水溶液，在常壓反應釜中將待處理的氧化鎳鈷鋁鋰製成水懸濁液，用計量泵將鋰離子溶液和磷酸根離子溶液按比例注入常壓反應釜進行反應。反應完成後過濾分離得到固形物，對固形物進行洗滌。將得到的固形物與可溶錳鹽、水、多元醇配製成懸濁液。該懸濁液進行溶劑熱反應。反應完成後，過濾得到固形物，並對其進行洗滌、乾燥。最後，將得到的固形物進行粉碎、篩分、包裝，得到目標產品。通過包覆手段，提高了氧化鎳鈷鋁鋰與電解液的相容性，使其循環性能顯著提高，產氣現象得到有效抑制。
【專利說明】一種提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰性能的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋰離子電池用正極材料的改進方法，特別是涉及一種提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰材料性能的方法。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池是一種能量密度高、功量密度高、壽命長的二次電池，在現代社會中扮演重要角色。在手機、筆記本電腦等小型設備中，鋰離子電池應用極為廣泛。同時，隨著電動汽車、智能電網等產業的快速發展，鋰離子動力電池的需求量急劇上升，對其性能要求日益提高。應用於鋰離子電池中的正極材料是其性能和成本的決定性因素。作為鋰離子電池正極材料，氧化鎳鈷鋁鋰具有工作電壓高、比容量大、成本低、安全性好等優點，非常適用於鋰離子動力電池體系，是最具應用前景的動力型鋰離子電池正極材料之一。氧化鎳鈷鋁鋰材料應用於鋰離子動力電池，將使電池系統的質量能量密度和體積能量密度均得到較大提高，電池組的高功率特性良好，特別適用於純電動汽車或插電式混合動力汽車。
[0003]但氧化鎳鈷鋁鋰也有其嚴重的缺點，阻礙了其應用。其與電解液的相容性較差，易產生氣體，循環穩定性也有待提高。同時，安全性方面也存在一定隱患，尤其是在較高的溫度下。克服該材料缺點通常的方法是表面包覆。通過包覆提高材料與電解液的相容性，最終提高材料的熱力學和動力學穩定性，延長循環壽命，拓寬材料的工作溫度，抑制氣體的產生，提高安全性。包覆劑的選擇是一方面要做的工作，另一方面，還要選擇適當的方法，使包覆更加均勻可靠。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是，提供一種採用電位匹配的磷酸錳鋰作為包覆劑，以控制結晶法製備包覆層前驅體，然後經水熱過程得到目標包覆層，提供了一種提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰性能的方法。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是:一種提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰性能的方法，包括以下步驟:
[0006]I)將含鋰離子和含磷酸根離子的原料分別配製成水溶液；
[0007]2)在常壓反應釜中將待處理的氧化鎳鈷鋁鋰製成水懸濁液，用計量泵將鋰離子溶液和磷酸根離子溶液按比例注入常壓反應釜進行反應，反應完成後過濾分離得到固形物，對固形物進行洗滌；
[0008]3)將得到的固形物與可溶錳鹽、水、多元醇配製成懸濁液，該懸濁液進行溶劑熱反應，反應完成後，過濾得到固形物，並對其進行洗滌、乾燥；
[0009]4)將得到的固形物產品進行粉碎、篩分、包裝，得到目標產品。
[0010]所述的含鋰離子的原料是可溶的鋰鹽和氫氧化鋰中的一種或幾種，含磷酸根離子的原料是磷酸和可溶的磷酸鹽中的一種或幾種。
[0011]按摩爾數計，所述的原料注入比例為:n(P043+):n(Li (NixCoyAl1^y) O2)=0.01-0.05, n (Mn2+) = η (Li+)/3 = 1.05*η(Ρ043_)。
[0012]所述的多元醇是乙二醇、丙三醇和聚合度≥2的聚乙二醇中的一種或幾種。
[0013]所述的溶劑熱反應溫度為120_200°C，反應時間為2_20h。
[0014]所述步驟2)中用計量泵以相同體積速率同時加入鋰離子溶液和磷酸根離子溶液。
[0015]所述步驟2)中用去離子水對固形物進行洗滌。
[0016]所述步驟3)中依次用去離子水、乙醇對固形物進行洗滌。
[0017]所述的常壓反應釜帶有恆溫和攪拌裝置。
[0018]本發明的有益效果是:本發明首先在待修飾的氧化鎳鈷鋁鋰顆粒表面包覆一層磷酸鋰，隨後包覆層在溶劑熱反應條件下與錳離子反應生成磷酸錳鋰，得到磷酸錳鋰包覆的氧化鎳鈷鋁鋰。包覆後，氧化鎳鈷鋁鋰材料與電解液的相容性提高，產氣現象得到抑制，循環性能得到改進。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的製備方法的工藝流程。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明:
[0021]如圖1所示，本發明的提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰性能的方法，包括以下步驟:
[0022]I)將含鋰離子和含磷酸根離子的原料分別配製成水溶液；
[0023]2)在常壓反應釜中將待處理的氧化鎳鈷鋁鋰製成水懸濁液，用計量泵將鋰離子溶液和磷酸根離子溶液按比例注入常壓反應釜進行反應，反應完成後過濾分離得到固形物，對固形物進行洗滌；
[0024]3)將得到的固形物與可溶錳鹽、水、多元醇配製成懸濁液，該懸濁液進行溶劑熱反應，反應完成後，過濾得到固形物，並對其進行洗滌、乾燥；
[0025]4)將得到的固形物產品進行粉碎、篩分、包裝，得到目標產品。
[0026]所述的含鋰離子的原料是可溶的鋰鹽和氫氧化鋰中的一種或幾種，含磷酸根離子的原料是磷酸和可溶的磷酸鹽中的一種或幾種。
[0027]按摩爾數計，所述的原料注入比例為:n(P043+):n(Li (NixCoyAl1^y) O2)=
0.01-0.05, n (Mn2+) = n (Li+)/3 = 1.05*η(Ρ043_)。
[0028]所述的多元醇是乙二醇、丙三醇和聚合度≥2的聚乙二醇中的一種或幾種。
[0029]所述的溶劑熱反應溫度為120_200°C，反應時間為2_20h。
[0030]所述步驟2)中用計量泵以相同體積速率同時加入鋰離子溶液和磷酸根離子溶液。
[0031]所述步驟2)中用去離子水對固形物進行洗滌。
[0032]所述步驟3)中依次用去離子水、乙醇對固形物進行洗滌。
[0033]所述的常壓反應釜帶有恆溫和攪拌裝置。
[0034]實施例1[0035]配製以下水溶液:3.15mol.dm_3LiOH溶液，1.0Omol.dm_3H3P04溶液。在反應釜中加入IOdm3去離子水和2kg待改進的氧化鎳鈷鋁鋰，充分攪拌。用計量泵以相同體積速率同時加入LiOH溶液240cm3和H3PO4溶液240cm3。加入完成後，沉化30min。過濾，用去離子水洗滌沉澱3次。將得到的固形物和42.6g MnSO4.H2O以5dm3水-二乙二醇(體積比1:1)溶液為分散劑配製成懸濁液。將該懸濁液在120°C溶劑熱反應20h。過濾，用去離子水洗滌沉澱4次，用乙醇洗滌I次。將得到的固形物烘乾後進行粉碎、篩分，得到目標產品。
[0036]實施例2
[0037]配製以下水溶液:3.15mol.dnT3Li2S04 溶液，2.0Omol.dm^3 (NH4)2HPO4 溶液。在反應釜中加入20dm3去離子水和3kg待改進的氧化鎳鈷鋁鋰，充分攪拌。用計量泵以相同體積速率同時加入Li2SO4溶液700cm3和(NH4) 2ΗΡ04溶液700cm3。加入完成後，沉化20min。過濾，用去離子水洗滌沉澱3次。將得到的固形物和360.3g Mn (CH3COO).4Η20以IOdm3水-丙三醇(體積比1:2)溶液為分散劑配製成懸濁液。在170°C反應10h。過濾，用去離子水洗滌沉澱4次，用乙醇洗滌I次。將得到的固形物烘乾後進行粉碎、篩分，得到目標產品。
[0038]實施例3
[0039]配製以下水溶液:3.15mol ^dnT3CH3COOLi 溶液，1.0Omol *(1π 3 (NH4) 3P04 溶液。在反應釜中加入15dm3去離子水和2.5kg待改進的氧化鎳鈷鋁鋰，充分攪拌。用計量泵以相同體積速率同時加入CH3COOLi溶液500cm3和(NH4) 3P04溶液500cm3。加入完成後，沉化30min。過濾，用去離子水洗滌沉澱3次。將得到的固形物和88.7g MnSO4 -H2O以IOdm3水-聚乙二醇400(體積比1:1)溶液為分散劑配製成懸濁液。在190°C反應2h。過濾，用去離子水洗滌沉澱4次，用乙醇洗滌I次。將得到的固形物烘乾後進行粉碎、篩分，得到目標產品。
[0040]實施例效果:
[0041]
【權利要求】
1.一種提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰性能的方法，其特徵在於，包括以下步驟: 1)將含鋰離子和含磷酸根離子的原料分別配製成水溶液； 2)在常壓反應釜中將待處理的氧化鎳鈷鋁鋰製成水懸濁液，用計量泵將鋰離子溶液和磷酸根離子溶液按比例注入常壓反應釜進行反應，反應完成後過濾分離得到固形物，對固形物進行洗滌； 3)將得到的固形物與可溶錳鹽、水、多元醇配製成懸濁液，該懸濁液進行溶劑熱反應，反應完成後，過濾得到固形物，並對其進行洗滌、乾燥； 4)將得到的固形物產品進行粉碎、篩分、包裝，得到目標產品。
2.根據權利要求1所述的提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰性能的方法，其特徵在於，所述的含鋰離子的原料是可溶的 鋰鹽和氫氧化鋰中的一種或幾種，含磷酸根離子的原料是磷酸和可溶的磷酸鹽中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰性能的方法，其特徵在於，按摩爾數計，所述的原料注入比例為:n(P043+) In(Li(NixCoyAl1^y)O2) = 0.01-0.05，n (Mn2+) = n (Li+) /3 = 1.05*n(P043-)。
4.根據權利要求1所述的提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰性能的方法，其特徵在於，所述的多元醇是 乙二醇、丙三醇和聚合度> 2的聚乙二醇中的一種或幾種。
5.根據權利要求1所述的提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰性能的方法，其特徵在於，所述的溶劑熱反應溫度為120-200°C，反應時間為2-20h。
6.根據權利要求1所述的提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰性能的方法，其特徵在於，所述步驟2)中用計量泵以相同體積速率同時加入鋰離子溶液和磷酸根離子溶液。
7.根據權利要求1所述的提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰性能的方法，其特徵在於，所述步驟2)中用去離子水對固形物進行洗滌。
8.根據權利要求1所述的提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰性能的方法，其特徵在於，所述步驟3)中依次用去離子水、乙醇對固形物進行洗滌。
9.根據權利要求1所述的提高鋰離子動力電池用氧化鎳鈷鋁鋰性能的方法，其特徵在於，所述的常壓反應釜帶有恆溫和攪拌裝置。
【文檔編號】H01M4/525GK104009222SQ201410268800
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月17日 優先權日:2014年6月17日
【發明者】徐寧, 趙明, 吳孟濤, 伏萍萍, 宋英傑 申請人:天津巴莫科技股份有限公司