專利名稱：一種制備摻鎂的錳鎳酸鋰正極材料的固相合成法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料的制備方法，特別涉及一種制備摻鎂的錳鎳酸鋰正極材料的固相合成法。
背景技術(shù)：
由于摻鎂的錳鎳酸鋰電池材料在電動工具、動力玩具、電動自行車、電動皮劃艇、電動汽車、混合動力電動汽車等領(lǐng)域有巨大的潛在應(yīng)用前景。尤其基于錳酸鋰的電極材料已經(jīng)在日常生活被廣泛應(yīng)用，比如，基于錳酸鋰正極材料的手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機等。
關(guān)于錳酸鋰型鋰離子電池正極材料的制備方法已經(jīng)有很多的文獻報道，但是為獲得分散性好、無團聚的錳酸鋰型電極材料，多采用化學(xué)共沉淀法、溶膠凝膠法、乳膠干燥法、超聲波濺射法、高溫分解法等。然而，這些方法的操作過程都比較復(fù)雜，尤其某些工藝不易控制，阻礙其產(chǎn)業(yè)化進程。最重要的是，制備過程對環(huán)境會造成不同程度的污染。固相分段燒結(jié)法的優(yōu)點在于分段合理，無污染，反應(yīng)溫和，溫度易于控制，反應(yīng)過程對人體無毒害，反應(yīng)體系中不含有毒成分。在傳統(tǒng)的固相燒結(jié)制備方法中，粒子尺寸較大，并且分布不均，不利于大規(guī)模的生產(chǎn)制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種制備摻鎂的錳鎳酸鋰正極材料的固相合成法，本發(fā)明的整個反應(yīng)過程無有毒物質(zhì)或環(huán)境污染物產(chǎn)生，環(huán)境友好，屬于綠色化學(xué)的制備方法，并且可以實現(xiàn)連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)， 粒子尺寸容易控制，所需的化學(xué)試劑廉價易購。 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的
首先，按摩爾比為0.5:1.5:0.5-x: ;c稱取原料Li2C03、 Mn02、 Ni(OH)2'H20 和MgO，其中0<jc<0.25;
然后，將上述原料放入球磨罐，裝入瑪瑙研磨球，球磨20-24小時，獲 得混合粉末，將其裝入粉末壓塊兒模具置于壓力機中，在15-20MPa的壓強 下，保壓15-20分鐘，脫模獲得圓柱塊；
最后，將獲得的圓柱塊置于瓷舟中，放入電阻絲臥式管式爐，采用下述 煅燒過程以3-5。Omin"的升溫速率加熱到600-650°C，保溫10-12小時； 然后隨爐冷卻至室溫；再以3-5。Omin"的升溫速率加熱到850-900。C，保溫 10-12小時；然后隨爐冷卻至室溫，取出樣塊，放入球磨罐，裝入瑪瑙研磨 球，球磨20-24小時，再以15-20MPa的壓強保壓15-20分鐘壓塊，放入管 式爐，以3-5。Omin'1的升溫速率加熱到750-800°C,保溫10-12h;然后隨爐 冷卻至室溫，在瑪瑙研缽內(nèi)研磨獲得摻鎂的錳鎳酸鋰正極材料。 所述的電阻絲管式爐的加熱體為Fe-Cr-Al電阻絲。
通過本發(fā)明提供制備摻鎂的錳鎳酸鋰的固相分段法，選用合適的原料配 比和合理的分段加熱煅燒工藝，可以獲得粒子尺寸在O.l微米 1.0微米、無 團聚的摻鎂的錳鎳酸鋰的鋰離子電池正極材料。
具體實施方式
實施例一
按照Li2C03， Mn02， Ni(OH)2'H20和MgO的摩爾比為0.5:1.5:0.45:0.05分別稱取原料，將這些原料放入球磨罐，裝入瑪瑙研磨球，球磨20小時，獲 得前驅(qū)體。將前驅(qū)體粉末裝入壓塊磨具，在20MPa的壓強下，保壓15分鐘。 再將獲得的塊放入管式爐。采取以下的煅燒過程以3。Omin'1的升溫速率加 熱到600°C，保溫10小時；以3。Omin"的升溫速率加熱到850。C，保溫10 小時。取出樣塊兒，放入球磨罐，裝入瑪瑙研磨球，球磨20小時，再次以 20MPa的壓強保壓15分鐘壓成塊，放入管式爐，以ScOmin-1的升溫速率加 熱到750。C，保溫10小時。即可獲得0.8-1.0微米左右的鋰離子電池正極材 料LiMnL5Nio.45Mgo.05O4。 實施例二
按照Li2C03, Mn02， Ni(OH)2'H20和MgO的摩爾比為0.5:1.5:0.4:0.1分
別稱取原料，將這些原料放入球磨罐，裝入瑪瑙研磨球，球磨24小時，獲得 前驅(qū)體。將前驅(qū)體粉末裝入壓塊磨具，在15MPa的壓強下，保壓20分鐘。 再將獲得的塊放入管式爐。采取以下的煅燒過程以S^min-1的升溫速率加 熱到650°C,保溫12小時；以5。Omin"的升溫速率加熱到900°C，保溫12 小時。取出樣塊兒，放入球磨罐，裝入瑪瑙研磨球，球磨24小時，再次以 20MPa的壓強保壓15分鐘壓成塊，放入管式爐，以5。Omin"的升溫速率加 熱到S00。C，保溫12小時。即可獲得0.5-0.8微米左右的鋰離子電池正極材 料LiMnuNiojMgo.Ao 實施例三
按照Li2C03， Mn02， Ni(OH)2'H20和MgO的摩爾比為0.5:1.5:0.35:0.15
分別稱取原料，將這些原料放入球磨罐，裝入瑪瑙研磨球，球磨24小時，獲 得前驅(qū)體。將前驅(qū)體粉末裝入壓塊磨具，在15MPa的壓強下，保壓20分鐘。再將獲得的塊放入管式爐。采取以下的煅燒過程以SoOmin"的升溫速率加 熱到600°C，保溫10小時；以3。Omin"的升溫速率加熱到850°C，保溫10 小時。取出樣塊兒，放入球磨罐，裝入瑪瑙研磨球，球磨24小時，再次以 15MPa的壓強保壓20分鐘壓成塊，放入管式爐，以3。Omin'1的升溫速率加 熱到750。C，保溫10小時。即可獲得0.3 0.5微米左右的鋰離子電池正極材 料LiMn!.5Nio.35Mg(u504。 實施例四
按照Li2CCb， Mn02， Ni(OH)2'H20和MgO的摩爾比為0.5:1.5:0.3:0.2分
別稱取原料，將這些原料放入球磨罐，裝入瑪瑙研磨球，球磨20小時，獲得 前驅(qū)體。將前驅(qū)體粉末裝入壓塊磨具，在20MPa的壓強下，保壓15分鐘。 再將獲得的塊放入管式爐。采取以下的煅燒過程以5。Omin'1的升溫速率加 熱到650°C，保溫12小時；以5。Omin'1的升溫速率加熱到900°C，保溫12 小時。取出樣塊兒，放入球磨罐，裝入瑪瑙研磨球，球磨24小時，再次以 20MPa的壓強保壓15分鐘壓成塊，放入管式爐，以SQOmin-1的升溫速率加 熱到800。C，保溫12小時。即可獲得0.3 0.1微米左右的鋰離子電池正極材 料LiMnL5Nio.3Mgo.2O4。
權(quán)利要求
1、一種制備摻鎂的錳鎳酸鋰正極材料的固相合成法，其特征在于首先，按摩爾比為0.5∶1.5∶0.5-x∶x稱取原料Li2CO3、MnO2、Ni(OH)2·H2O和MgO，其中0＜x＜0.25；然后，將上述原料放入球磨罐，裝入瑪瑙研磨球，球磨20-24小時，獲得混合粉末，將其裝入粉末壓塊兒模具置于壓力機中，在15-20MPa的壓強下，保壓15-20分鐘，脫模獲得圓柱塊；最后，將獲得的圓柱塊置于瓷舟中，放入電阻絲臥式管式爐，采用下述煅燒過程以3-5℃·min-1的升溫速率加熱到600-650℃，保溫10-12小時；然后隨爐冷卻至室溫；再以3-5℃·min-1的升溫速率加熱到850-900℃，保溫10-12小時；然后隨爐冷卻至室溫，取出樣塊，放入球磨罐，裝入瑪瑙研磨球，球磨20-24小時，再以15-20MPa的壓強保壓15-20分鐘壓塊，放入管式爐，以3-5℃·min-1的升溫速率加熱到750-800℃，保溫10-12h；然后隨爐冷卻至室溫，在瑪瑙研缽內(nèi)研磨獲得摻鎂的錳鎳酸鋰正極材料。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備摻鎂的錳鎳酸鋰正極材料的固相合成法， 其特征在于，所述的電阻絲管式爐的加熱體為Fe-Cr-Al電阻絲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備摻鎂的錳鎳酸鋰正極材料的固相合成法，將Li₂CO₃，MnO₂，Ni(OH)₂·H₂O和MgO球磨混合壓塊后，置于瓷舟放入電阻絲管式爐中，分段控溫加熱煅燒，即可獲得粒徑分布均勻的摻鎂的錳鎳酸鋰電池材料。本發(fā)明提供制備摻鎂的錳鎳酸鋰的固相分段法，選用合適的原料配比和合理的分段加熱煅燒工藝，可以獲得粒子尺寸在0.1微米～1.0微米、無團聚的摻鎂的錳鎳酸鋰的鋰離子電池正極材料。
文檔編號H01M4/04GK101651203SQ200910023989
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月22日
發(fā)明者宋曉平, 珩 張, 飛 汪, 趙銘姝, 鄭青陽 申請人:西安交通大學(xué)