通过气流量控制流速，使镍盐、钴盐、锰盐流入环形轨道B中，同时依次流入定量成形液C和生长液D，环形轨道循环一周后的溶液进入里层反应器A中，获得的粒度可控的悬浊液作为母液。通过环形轨道预通氮气，排出球型反应器中空气。以上述注入反应器A中的激活母液为基准。通过气流量控制镍盐、钴盐、锰盐流速注入环形轨道B中，同时依次流入定量成形液C和生长液D，环形轨道循环一周后的溶液进入里层反应器A中，依次循环周期，并控制pH值。反应结束后，将产物取出水洗多次，然后再放入真空干燥箱，将产物烘干，得到镍钴锰三元前驱体。所得前驱体与一定量的锂源搅拌混合、化合干燥，待烧。根据各化合物的反应温度，依据公式，活化烧结。
1.一种粒度可控的球型正极材料的合成方法，其特征是，具体制备工艺如下：（1）母液激活
通过气流量控制一定化学计量比的镍盐、钴盐、锰盐的流速，使镍盐、钴盐、锰盐定量流入环形轨道B中，同时依次流入定量成形液C和生长液D，环形轨道循环一周为一周期，循环一周期后的溶液进入里层反应器A中，获得的粒度可控的悬浊液作为母液；
通过气流量控制化学计量比的镍盐、钴盐、锰盐流速注入环形轨道B中，同时依次流入定量成形液C和生长液D，环形轨道循环一周为一周期，循环一周期后的溶液进入里层反应器A中，依次循环周期，并控制 pH 值；
在反应过程中，通过齿轮咬合，梯度改变球型动力反应器旋转速率，控制混料速度；
反应结束后，将产物取出水洗多次，然后再放入真空干燥箱，将产物烘干，得到镍钴锰三元前驱体；
所得前驱体与一定量的锂源搅拌混合、化合干燥，待烧；
步骤（2）所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍和氯化镍中的至少一种；所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴和氯化钴中的至少一种；所述锰盐为硝酸锰和硫酸锰中的至少一种；锂源为氢氧化锂、乙酸锂、草酸锂和碳酸锂中的至少一种；所述成形液为氨水；所述生长液为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种粒度可控的球型正极材料的合成方法，其特征在于，步骤（1）所述母液激活方法为金属盐、成形液、生长液顺次加入，周期循环，粒度可控1-4μm，粒度与浓度关系以公式c=1/(13+104/x) 为依据，c代表浓度，x代表粒度。
3.根据权利要求1所述的一种粒度可控的球型正极材料的合成方法，其特征在于，步骤（1）所述动力混料装置球型反应器A中球体内侧有孔型挡板。
4.根据权利要求1所述的一种粒度可控的球型正极材料的合成方法，其特征在于，步骤（2）所述梯度改变球型动力反应器旋转速率为先快速，再慢速，再降速的搅拌方式；所述梯度改变球型动力反应器快速旋转速率为1000r/min-2000r/min，慢速搅拌速度为500r/min-
1000r/min，再降速为200r/min-500r/min。
5.根据权利要求1所述的一种粒度可控的球型正极材料的合成方法，其特征在于，步骤（2）所述动力旋转方式为齿轮咬合。
6.根据权利要求1所述的一种粒度可控的球型正极材料的合成方法，其特征在于，步骤（3）所述活化烧结方式为根据公式：T3=1.2T2= 1.5T1，T1为一次烧结温度，T2为二次烧结温度，T3为三次烧结温度。
一种粒度可控的球型正极材料及其合成方法
技术领域
[0001] 本发明属于材料领域中电池正极材料的制备方法，尤其涉及一种粒度可控的球型正极材料及其合成方法。
背景技术
[0002] 随着研究的不断深入，锂离子电池性能逐渐提高，成本逐渐降低，其应用领域也在不断的扩展，现阶段的主要应用领域为便携式电子设备和动力装置，如掌上电脑、手机、全球定位系统设备、零排放汽车以及数码相机等。目前国家正在大力推动汽车工业的发展，但是日益枯竭的化石能源严重的阻碍了汽车工业的发展，发展电动汽车已经成为汽车产业发展的必然途径，与之相应的动力汽车用锂离子电池的发展就显得尤其重要。
[0003] 正极材料 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2凭借 200mAh/g 的高放电质量比容量，成为 40公里级混合动力车的理想电池正极材料之一，但是目前合成的材料存在粒度均较大，且球形度欠佳、循环性能差的问题。
[0004] 本发明使用氢氧化物共沉淀法合成了 Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2前驱体，通过改变转速、底液浓度、搅拌方式以及烧结工艺，合成的镍钴锰三元LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2成品，粒度小、球形度好、循环性能佳，解决了目前粒度大，球形度欠佳、循环性能差的问题。
发明内容
[0005] 本发明的目的是通过改变前驱体合成工艺和烧结工艺合成粒度小、球形度好、循环性能佳的镍钴锰三元LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料。
[0006] 本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0007] 一种粒度可控的球型正极材料的合成方法，其特征是，具体制备工艺如下：
[0008] （1）母液激活
[0009] 通过气流量控制一定化学计量比的镍盐、钴盐、锰盐的流速，使镍盐、钴盐、锰盐定量流入环形轨道B中，同时依次流入定量成形液C和生长液D，环形轨道循环一周为一周期，循环一周期后的溶液进入里层反应器A中，获得的粒度可控的悬浊液作为母液；
[0010] （2）动力混料
[0011] 通过环形轨道预通氮气，排出球型反应器中空气；
[0012] 以上述注入反应器A中的激活母液为基准；
[0013] 通过气流量控制化学计量比的镍盐、钴盐、锰盐流速注入环形轨道B中，同时依次流入定量成形液C和生长液D，环形轨道循环一周为一周期，循环一周期后的溶液进入里层反应器A中，依次循环周期，并控制 pH 值；
[0014] 在反应过程中，通过齿轮咬合，梯度改变球型动力反应器旋转速率，控制混料速度；
[0015] 反应结束后，将产物取出水洗多次，然后再放入真空干燥箱，将产物烘干，得到镍钴锰三元前驱体；
[0016] 所得前驱体与一定量的锂源搅拌混合、化合干燥，待烧；
[0017] （3）活化烧结
[0018] 根据各化合物的反应温度，依据公式，活化烧结。
[0019] 一种粒度可控的球型正极材料的合成方法，所述球型正极材料为镍钴锰三元正极材料，通式为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2。
[0020] 步骤（1）所述母液激活方法为金属盐、成型液、生长液顺次加入，周期循环，粒度可控1-4μm，粒度与浓度关系以公式c=1/(13+104/x) 为依据，c代表浓度，x代表粒度。
[0021] 步骤（1）所述动力混料装置球型反应器A中球体内侧有孔型挡板。
[0022] 步骤（2）所述梯度改变球型动力反应器旋转速率为先快速，再慢速，再降速的搅拌方式；所述梯度改变球型动力反应器旋转速率为1000r/min-2000r/min，慢速搅拌速度为500r/min-1000r/min，再降速为200r/min-500r/min。
[0023] 步骤（2）所述动力旋转方式为齿轮咬合。
[0024] 步骤（3）所述活化烧结方式为根据公式：T3=1.2T2= 1.5T1，T1为一次烧结温度，T2为二次烧结温度，T3为三次烧结温度。
[0025] 步骤（2）所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍和氯化镍中的至少一种；所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴和氯化钴中的至少一种；所述锰盐为硝酸锰和硫酸锰中的至少一种；锂源为氢氧化锂、乙酸锂、草酸锂和碳酸锂中的至少一种。
[0026] 本发明方法制得的镍钴锰三元LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料粒度小、球形度好、循环性能佳，同时本发明操作简单，安全性好，对环境无污染，价格低廉，适于工业化生产。
附图说明
[0027] 图1为实施例1中LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的首次充放电曲线，0.2C首次放电比容量为200.2mAh/g，容量保持率为100.1%；
[0028] 图2为实施例1中LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的循环性能曲线，1C循环100周，放电容量保持率为90.9%；
[0029] 图3为实施例1中LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的SEM图片；
[0030] 图4为动力混料装置。
具体实施方式
[0031] 实施例1
[0032] （1）母液激活
[0033] 通过气流量控制按照化学计量比8:1:1称取硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰配成的2mol/L溶液的流速，使硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰定量流入环形轨道B中，同时依次流入定量成形液C和生长液D，控制pH=11，环形轨道循环一周为一周期30min，循环一周期后的溶液进入里层反应器A中，获得的粒度3微米的悬浊液作为母液。
[0034] （2）动力混料
[0035] 通过环形轨道预通氮气，排出球型反应器中空气；
[0036] 以上述注入反应器A中的激活母液为基准；
[0037] 通过气流量控制化学计量比8:1:1的硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰流速注入环形轨道B中，同时依次流入定量成形液C和生长液D，环形轨道循环一周为一周期30min，循环一周期后的溶液进入里层反应器A中，依次循环周期，并控制 pH 值为12；
[0038] 在反应过程中，通过齿轮咬合，梯度改变球型动力反应器旋转速率，控制混料速度为1800r/min-2h-1000r/min-5h-450r/min-10h；
[0039] 反应结束后，将产物取出水洗9次，然后再放入真空干燥箱120℃-12h，得到镍钴锰三元前驱体；
[0040] 所得前驱体与1.05倍的碳酸锂搅拌混合、化合干燥，待烧。
[0041] （3）活化烧结
[0042] 466℃-4h-583℃-6h-700℃得镍钴锰三元LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料。
[0043] 通过上述工艺制得的镍钴锰三元LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料粒度可控，由附图3可以看出本材料球形度好。同时采用附图4所示动力混料装置，循环周期短，简单易操作。所制备的镍钴锰三元LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料大大降低了钴元素的使用，从而成本降低，适于工业化生产。
[0044] 实施例2
[0045] （1）母液激活
[0046] 通过气流量控制按照化学计量比8:1:1称取硝酸镍、硝酸钴和硝酸锰配成的2mol/L溶液的流速10g/min，使硝酸镍、硝酸钴和硝酸锰定量流入环形轨道B中，同时依次流入定量成形液C和生长液D，控制pH=10.5，环形轨道循环一周为一周期30min，循环一周期后的溶液进入里层反应器A中，获得的粒度4.3微米的悬浊液作为母液。
[0047] （2）动力混料
[0048] 通过环形轨道预通氮气，排出球型反应器中空气；
[0049] 以上述注入反应器A中的激活母液为基准；
[0050] 通过气流量控制化学计量比8:1:1的硝酸镍、硝酸钴和硝酸锰盐溶液的流速15g/min注入环形轨道B中，同时依次流入定量成形液C和生长液D，环形轨道循环一周为一周期30min，循环一周期后的溶液进入里层反应器A中，依次循环周期，并控制 pH 值为
10.5；
[0051] 在反应过程中，通过齿轮咬合，梯度改变球型动力反应器旋转速率，控制混料速度为1000r/min-2h-500r/min-5h-350r/min-10h；
[0052] 反应结束后，将产物取出水洗9次，然后再放入真空干燥箱120℃-12h，得到镍钴锰三元前驱体；
[0053] 所得前驱体与1.05倍的碳酸锂搅拌混合、化合干燥，待烧。
[0054] （3）活化烧结
[0055] 500℃-4h-625℃-6h-750℃得镍钴锰三元LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料。
[0056] 以实施例1-2制备的镍钴锰三元LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2为锂离子电池正极材料，乙炔黑为导电剂，聚偏氟乙烯为粘结剂，制成电极片，以金属锂为负极，组成扣式电池。
[0057] 图1为本发明实施例1制得的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的首次充放电曲线，0.2C首次放电比容量为200.2mAh/g，容量保持率为100.1%。图2为本发明实施例1制得的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的循环性能曲线，1C循环100周，放电容量保持率为90.9%。图3为本发明实施例1制得的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的SEM图片。
