充電寶用鋰聚合物電池的摻錳的鋰鈷氧化物的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰聚合物電池技術領域，即涉及一種充電寶用鋰聚合物電池用摻錳的鋰鈷氧化物的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著科技的發(fā)展，越來越多的電子產(chǎn)品需要移動快速充電電源，以滿足人們隨時隨地需要給電子產(chǎn)品供電的需求；同時人們也越來越重視清潔能源及儲能材料的新技術新工藝的開發(fā)。而目前大多數(shù)的移動快速充電電源采用的都是鋰聚合物電池，主要是因其具有高比能量、高安全性、可再生等良好特性，引起了人們的極大關注。
[0003]目前制備鋰聚合物電池的正電極的前驅(qū)體大多是按照制備的化學機理有化學沉淀法、電化學法、氧化還原法、復分解反應及這幾種機理的綜合等，主反應過程的攪拌方式有氣體鼓泡法、推進攪拌法、外力阻尼法等一種或者幾種兼具，制備過程的助劑有氨基化合物、銨鹽等一種或者多種同時兼用，根據(jù)相關資料顯示，這些技術在鋰聚合物電池正極材料前驅(qū)體摻錳的鋰鈷氧化物制備方法的應用中存在如下問題:(1)制得的材料因過渡金屬鈷離子與鋰離子的錯位和錳氧化物在充放電過程中，晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，晶格容易變形，以至其他的原子、電子、離子嵌脫困難或者不均勻，抗過充放電性能差，材料的電化學性能不穩(wěn)定，使用壽命短，安全性差；(2)制備過程產(chǎn)生對環(huán)境有害的氨(NH3)、氨氮化合物(NH+)等；(3)生產(chǎn)成本大且能耗高。
[0004]因此，現(xiàn)在需要開發(fā)一種清潔生產(chǎn)、操作簡便的制備鋰聚合物電池用摻錳的鋰鈷氧化物的制備方法及制備的產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供了一種自動化程度高、生產(chǎn)清潔、操作簡便可控且自動化程度高的充電寶用鋰聚合物電池的摻錳的鋰鈷氧化物的制備方法。
[0006]為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是:該鋰聚合物電池的摻錳的鋰鈷氧化物的制備方法，采用共沉淀法制備，具體步驟如下:
(1)中央計算機控制器控制打開反應溶液導管的電控閥門和緩沖劑溶液的電控閥門，在無塵環(huán)境下向反應容器內(nèi)加入鈷鹽、鋰鹽和錳鹽的反應溶液和緩沖劑溶液，再關閉溶液導管的電控閥門和緩沖劑溶液的電控閥門；
(2)中央計算機控制器控制啟動攪拌電機，攪拌速度為450~550r/min，緩緩攪拌溶液，攪拌時間為2~3h ；
(3 )中央計算機控制器控制打開沉淀劑溶液導管的電控閥門，向步驟(2 )中的混合溶液中加入沉淀劑，所述沉淀劑添加的速度為0.5?lL/h ;添加時攪拌速度為100~200r/min，pH保持9?12，添加完后，關閉沉淀劑溶液導管的電控閥門；
(4)中央計算機控制器控制啟動電加熱裝置，使反應容器內(nèi)的溫度升至90?99°C，進行沉淀反應，反應時間為9~12h，獲得漿料； (5)中央計算機控制器控制打開反應容器底部的電控閥門，將步驟(4)中獲得的漿料送入除雜裝置，中央計算機控制器控制打開除雜裝置的去離子水導管的電控閥門，添加去離水并使反應容器內(nèi)的漿料經(jīng)過多次除雜浸洗，除雜浸洗時溫度為85~95°C ;
(6)中央計算機控制器控制打開除雜裝置底部的電控閥門，通過栗將除雜浸洗后物料壓入過濾器，經(jīng)300目的濾網(wǎng)過濾；
(7)中央計算機控制器控制打開烘干機電控閥門、傳送電控閥門和烘干機氧氣通入閥門，設置烘干機溫度和氧氣通入量，將過濾后物料放入烘干機，烘干機的溫度設置為120?200°C，壓力小于或等于0.02Mpa，氧氣體積百分含量15?20%的空氣氣氛條件下干燥且熱定性，反應時間為1.5?3h，獲得鋰聚合物電池用摻錳的鋰鈷氧化物。
[0007]采用上述技術方案，一定摩爾濃度的鋰鹽和鈷鹽與錳鹽按照一定比例配比，在一定溫度、流量、PH值、攪拌速度等條件下和存在有緩沖劑的混合物的體系下，與沉淀劑進行化學沉淀反應，從而形成氫氧化鈷、氫氧化鋰、氫氧化錳的原子級均勻混合物而沉淀，然后通過低溫脫水，高溫重構(gòu)，形成了摻錳的鋰鈷氧化物，其中反應溶液時通過緩沖劑與鈷離子、錳離子、鋰離子分別形成了絡合物，具有一定的穩(wěn)定性，并且這樣控制了沉淀速度，防止了沉淀顆粒的松散狀態(tài)，從而提高了最終所制備的鋰聚合物電池用摻錳的鋰鈷氧化物的松裝密度和振實密度；所制得的鋰聚合物電池用摻錳的鋰鈷氧化物由于鈷鋰錳各元素分布均勻，由于錳氧鍵的嵌入，使材料中過度元素與鋰離子錯位現(xiàn)象消除，鋰鈷氧化物的層狀結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，這樣其所制成的鋰聚合物電池正極的電性能優(yōu)，放電平臺不容易衰減，耐大電流充放和過充放，使用壽命長。為了使緩沖劑更好的與鈷離子、錳離子、鋰離子形成絡合態(tài)，通常將緩沖劑與鈷鹽、鋰鹽、錳鹽的水溶液混合后攪拌2?3h，確保溶液中的鈷鹽、鋰鹽、錳鹽與緩沖劑充分接觸。向反應容器中添加反應溶液和沉淀劑的速度應控制在一定范圍，沉淀劑添加的速度過快，粒度難以控制或者容易包裹其他雜質(zhì)，速度過小，沉淀時間過長，影響效率；同時沉淀劑的加入量為了調(diào)節(jié)反應的pH值。除雜處理主要的作用是有利于除去在反應過程中生成的鈉基或鉀基有機物等雜質(zhì)；因此除雜處理中的水的溫度由所含雜質(zhì)的種類決定的，除雜處理中的水的溫度過高或過低均可能引起某些雜質(zhì)無法去除。
[0008]進一步改進在于，所述步驟(1)中的所述緩沖劑為檸檬酸0^07或/和2-乙基己酸；所述鈷鹽為氯化鈷、硝酸鈷、硫酸鈷的一種或多種混合；所述鋰鹽為氯化鋰或/和硝酸鋰；所述錳鹽為氯化鈷、硝酸錳、硫酸錳的一種或多種混合。所采用的緩沖劑檸檬酸和2-乙基己酸草酸中均無含氨基團，這樣避免了后續(xù)生產(chǎn)過程中氨氮的生成和排放，保護了環(huán)境以及避免了對操作者的身體的傷害。
[0009]進一步改進在于，所述步驟(1)加入的所述反應溶液中的鈷離子、鋰離子和錳離子的總濃度為60?100g/l，且所述鈷鹽、鋰鹽和錳鹽與所述緩沖劑的總重量之比為1000:5 ?10。
[0010]進一步改進在于，所述步驟(3)中的所述沉淀劑為氫氧化鈉或/和氫氧化鉀。
[0011 ] 進一步改進在于，所述步驟(4)的電加熱裝置由兩組加熱棒組成，通過溫度傳感器測得反應容器的溫度，以控制電加熱器的其中一組加熱棒是否啟動，維持反應容器的溫度在合適的溫度。
[0012]進一步改進在于，所述步驟(3 )中pH值調(diào)節(jié)是通過pH值測試傳感器測得反應容器的pH值；完畢后，中央計算機控制器控制將攪拌速度提高到500~600r/min，攪拌15~30min;然后關閉攪拌電機。
[0013]進一步改進在于，所述步(3)中的沉淀劑的濃度是質(zhì)量分數(shù)為20~30%。
[0014]本發(fā)明還要解決的另一個技術問題是，提供一種晶格、晶胞規(guī)整，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的鋰聚合物電池用摻錳的鋰鈷氧化物。
[0015]為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是:采用上述鋰聚合物電池用摻錳的鋰鈷氧化物的制備方法所制備的鋰聚合物電池用摻錳的鋰鈷氧化物的分子式為LixCoYMnz04，其中:0<Χ+Υ+Ζ 彡 4，X > 0，0〈Χ+Υ〈4，0〈Ζ ( 1。
[0016]該鋰聚合物電池適用于高容量的快速移動充電電源。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:制備方法簡單，制備過程自動化，適用于大規(guī)模生產(chǎn)，且制備過程是在無色無味的檸檬酸或者與2-乙基己酸混合物體系中合成，是清潔生產(chǎn)工藝，并且鈷鋰錳各元素分布均勻，廢水處理過程的C0D處理簡單；并且無后續(xù)混合工序，能耗低，因此不產(chǎn)生對環(huán)境有害的含氨氮物質(zhì)；且通過在鈷、鋰、氧原子之間穩(wěn)定嵌入錳原子，所獲得的鋰聚合物電池的摻錳的鋰鈷氧化物晶格、晶胞規(guī)整，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，適用于充電寶即大容量快速移動充電電池內(nèi)的鋰聚合物電池的正極材料。
【具體實施方式】
[0018]實施例一:該鋰聚合物電池用摻錳的鋰鈷氧化物的制備方法，采用共沉淀法制備，具體步驟如下:
原料為:氯化鈷240g、氯化鋰1000g和氯化錳10g，緩沖劑為檸檬酸C6Hs072g，氯化鈷、氯化鋰和氯化錳溶于13000ml去離子水中，制得鈷鹽、鋰鹽和錳鹽的反應溶液；檸檬酸C6H8072g溶于30ml去離水中制得緩沖劑溶液；沉淀劑為氫氧化鈉，質(zhì)量分數(shù)為20%。