本发明涉及一种凝胶成型工艺烧结制备锂电正极材料的方法。
背景技术:
目前随着电芯企业要求的不断提升,做为电池用正极材料的质量直接影响到下游电池客户的使用情况及电芯产品的性能,电池一致性问题在行业内一直是大家最关心的问题点之一,然而电池的一致性一定程度上取决于正极材料的一致性,目前主流的烧结方法是将混合好的粉料在匣钵内装满一定的高度(厚度),在烧结炉中焙烧时,由于粉体物料堆积厚度较大,导致粉体间热传至速度较慢,需要更多的能耗来进行热传导;另一方面,由于装载的粉料较厚,各部位材料的烧结温度差异较大,导致材料的一致性无法得到保障;最后,由于烧结时粉料的堆积,粉料需要排出的气氛得不到很好的释放,需要的气氛也得不到很好的补充,导致匣钵表面的材料和中部的材料及底部的材料一致性得不到保障,同时往往需要大量的进气量才能一定程度上弥补,带来了热损耗的同时还大量的消耗的所需的空气或者氧气,有些虽然在粉料中有切块或者打孔,但随着匣钵进炉过程中的晃动,效果并不理想。
技术实现要素:
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷,提供一种凝胶成型工艺烧结制备锂电正极材料的方法。
为了解决上述技术问题,本发明提供了如下的技术方案:
本发明公开了一种凝胶成型工艺烧结制备锂电正极材料的方法,其包括以下步骤:
s1、将去离子水与混合均匀的正极材料未烧粉体置于球磨机中混合均匀;
s2、向球磨机中加入有机添加剂聚乙二醇和/或聚乙烯醇,继续球磨得浆料;
s3、将浆料进行真空脱气,然后注入模具中进行固化成型,充分干燥后得到坯体;
s4、将坯体置于匣钵中在空气或氧气氛围下进行固相烧结,得到正极材料。
优选的,步骤s1中,所述的正极材料未烧粉体是锰酸锂未烧粉体、或者钴酸锂未烧粉体、或者镍钴锰酸锂的未烧粉体。
优选的,所述锰酸锂未烧粉体是指锰源和锂源和添加剂的混合料;所述钴酸锂未烧粉体是指钴源和锂源及添加剂的混合料;所述镍钴锰酸锂的未烧粉体是指镍钴锰氢氧化物和锂源及添加剂的混合料。
优选的,步骤s2中,所述聚乙二醇或聚乙烯醇均是采用1%-20%的去离子水溶液的形式添加进去,用量为正极材料未烧粉体重量的0.1%-20%。
优选的,步骤s2中,所述浆料的固含量为30%-80%。
优选的,步骤s3中,所述固化成型时间为10-48小时,成型温度为10℃-80℃,干燥6-48小时。
本发明所达到的有益效果是:
1.成型后粉料厚度较薄,在烧结过程中能更好的进行热交换,大大提高了热传导,降低了材料烧结时间,减少能耗;
2.成型后粉料不存在堆积形状,温度渗透效果好,单位匣钵内物料温度更加均匀,烧结后产品的一致性好;
3.成型后粉料之间留有一定的气体交换空间,反应生成的废气能及时排放与需要的气氛也能快速进入,大大提高了气体交换的效率和效果,材料烧结的更充分。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1:
将120kg去离子水与491kg锰酸锂混合均匀未烧料(配比为400kg电解二氧化锰和88kg碳酸锂和3kg氧化铝)置于球磨机中混合球磨2小时;
向球磨机中加入10kg质量分数为15%聚乙二醇和1kg质量分数为5%聚乙烯醇继续球磨2小时,得到混合均匀的浆料;
将浆料进行真空脱气,然后注入模具中进行固化成型24小时,脱模后在75℃条件下干燥28小时得到胚体;
将胚体置于匣钵中于辊道炉中800℃烧结12小时,破碎过筛得到正极材料粉末。
随机取实施例1中正极材料粉末样品a,b,c,d进行各项性能测试,得到表1内数据:
表1
从样品数据方面来看样品一致性较好。
对比例1:
将锰酸锂混合均匀未烧料(配比为400kg电解二氧化锰和88kg碳酸锂和3kg氧化铝)置于匣钵中于辊道炉中800℃烧结12小时,破碎过筛得到正极材料粉末。
随机取对比例1中正极材料粉末样品a,b,c,d进行各项性能测试,得到表2内数据:
表2
从样品数据方面来看样品一致性较差。
实施例2:
1.将180kg去离子水与502.5kg钴酸锂混合均匀未烧料(配比为400kg四氧化三钴和100kg碳酸锂和2.5kg碱式碳酸镁)置于球磨机中混合球磨2小时;
2.向球磨机中加入20kg质量分数为15%聚乙二醇和3kg质量分数为5%聚乙烯醇继续球磨2小时,得到混合均匀的浆料;
3.将浆料进行真空脱气,然后注入模具中进行固化成型32小时,脱模后在60℃条件下干燥36小时得到胚体;
4.将胚体置于匣钵中于辊道炉中990℃烧结12小时,破碎过筛得到正极材料粉末。
实施例3:
1.将150kg去离子水与568.6kg镍钴锰酸锂混合均匀未烧料(配比为400kg镍钴锰氢氧化物(6:2:2)和168kg碳酸锂和0.6kg氧化锆)置于球磨机中混合球磨2小时;
2.向球磨机中加入16kg质量分数为15%聚乙二醇和1.5kg质量分数为5%聚乙烯醇继续球磨2小时,得到混合均匀的浆料;
3.将浆料进行真空脱气,然后注入模具中进行固化成型48小时,脱模后在45℃条件下干燥48小时得到胚体;
4.将胚体置于匣钵中于辊道炉中氧气氛880℃烧结12小时,破碎过筛得到正极材料粉末。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种凝胶成型工艺烧结制备锂电正极材料的方法,其特征在于,包括以下步骤:
s1、将去离子水与混合均匀的正极材料未烧粉体置于球磨机中混合均匀;
s2、向球磨机中加入有机添加剂聚乙二醇和/或聚乙烯醇,继续球磨得浆料;
s3、将浆料进行真空脱气,然后注入模具中进行固化成型,充分干燥后得到坯体;
s4、将坯体置于匣钵中在空气或氧气氛围下进行固相烧结,得到正极材料。
2.根据权利要求1所述的凝胶成型工艺烧结制备锂电正极材料的方法,其特征在于,步骤s1中,所述的正极材料未烧粉体是锰酸锂未烧粉体、或者钴酸锂未烧粉体、或者镍钴锰酸锂的未烧粉体。
3.根据权利要求2所述的凝胶成型工艺烧结制备锂电正极材料的方法,其特征在于,所述锰酸锂未烧粉体是指锰源和锂源和添加剂的混合料;所述钴酸锂未烧粉体是指钴源和锂源及添加剂的混合料;所述镍钴锰酸锂的未烧粉体是指镍钴锰氢氧化物和锂源及添加剂的混合料。
4.根据权利要求1所述的凝胶成型工艺烧结制备锂电正极材料的方法,其特征在于,步骤s2中,所述聚乙二醇或聚乙烯醇均是采用1%-20%的去离子水溶液的形式添加进去,用量为正极材料未烧粉体重量的0.1%-20%。
5.根据权利要求1所述的凝胶成型工艺烧结制备锂电正极材料的方法,其特征在于,步骤s2中,所述浆料的固含量为30%-80%。
6.根据权利要求1所述的凝胶成型工艺烧结制备锂电正极材料的方法,其特征在于,步骤s3中,所述固化成型时间为10-48小时,成型温度为10℃-80℃,干燥6-48小时。