[发明专利]一种静态混合管式反应器制备尖晶石结构镍锰酸锂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，尤其涉及一种利用静态混合管式反应器制备镍锰酸锂材料的方法，属于电池材料制备技术领域。

背景技术

尖晶石锰酸锂作为锂离子电池的正极材料，具有毒性小、成本低、原材料来源广泛，应用前景良好等诸多优点。但纯LiMn₂O₄电化学性能并不理想，首次充放电容量低，不耐高温、容量衰减快等缺陷。其中镍掺杂尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄表现出优异的电化学性能，相对纯LiMn₂O₄而言，尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有电位平台高（4.7V），比功率大，晶体结构稳定，循环性能好等优点。

目前镍锰酸锂（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）的合成方面许多人做了大量的工作。例如固相合成是常用方法，此法优点是工艺简单，易实现工业化，但由于反应物不易混合均匀，产品的粒径大且分布不均匀，形貌不规则，因此存在批次稳定性不足的问题。溶胶-凝胶法前驱体溶液化学均匀性好（可达到分子级水平）、凝胶热处理温度低、粉体粒度小而且分布窄，粉体烧结性能好，反应过程易于控制，但干燥收缩大，工业化难度高，生产周期长。超声喷雾热解法能得到较好的电性能材料，但需要反应室具有500℃以上的高温，设备要求高，难以工业化生产。传统的液相共沉淀法通常采用釜式反应器以间歇法操作为主，由于反应物料量有限制，反应过程持久，不利于规模化生产，而伴随着反应过程的进行，反应条件（如浓度、pH值）不断变化，影响了微粉晶粒度大小与分布。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足，提供一种利用能达到微观混合并提高生产率的静态混合管式反应器对镍源、锰源化合物的混合溶液与碳酸盐溶液进行液相管式反应合成镍锰复合碳酸盐，将其高温煅烧后再与锂源化合物混匀烧结得到镍锰酸锂（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）的方法，

为了实现上述目的的本发明采用如下技术方案：

静态混合管式反应器制备尖晶石结构镍锰酸锂（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）的方法，包括以下步骤：

(1)分别配置浓度为0.1～2mol/L镍源溶液和锰源溶液，然后将其混合，配成待反应溶液A，要求镍离子、锰离子的摩尔比为1：3；分别配置浓度为0.2～4mol/L碳酸盐溶液和氨水溶液，将其混合，配成待反应溶液B；

(2)分别用两台加料泵将步骤（1）中的溶液A和B按等体积流量从静态混合管式反应器一端打入，进行混合反应生成乳浊液，通过调整B溶液中氨水的量，将反应器中乳浊液的pH值控制在8～11之间。

(3)将步骤（2）的乳浊液陈化1～4h后，进行膜洗涤得到祛除杂质离子的浆料液。

(4)将步骤（3）祛除杂质离子的浆料液喷雾干燥后得到镍锰复合碳酸盐前躯体粉。

(5)将步骤（4）中的前躯体粉400-500℃煅烧5-10h，得到镍锰复合氧化物。

(6)将锂源按Li⁺：Ni²⁺ ：Mn⁴⁺为1.05：0.5:1.5摩尔比加入镍锰复合氧化物中，其中锂源过量5%，球磨混匀，在800-950℃烧结8-15h，即得成品LiNi_0.5Mn_1.5O₄。

所述步骤（1）中镍源化合物为：硫酸镍、硝酸镍、氯化镍、醋酸镍的一种或其混合物。

所述步骤（1）中锰源化合物为：硫酸锰、硝酸锰、氯化锰、醋酸锰的一种或其混合物。

所述步骤（1）中碳酸盐化合物为：碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵的一种或其混合物。

所述步骤（2）中体积流量为0.1～5L/min。

所述步骤（6）中锂源化合物为：碳酸锂、醋酸锂、硝酸锂、氢氧化锂的一种或其混合物。

静态混合管式反应器说明：