專利名稱:鈷酸鋰的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種鈷酸鋰的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù):
鋰離子電池作為一代電池體系,具有高比能量、高比功率、無記憶、自放電率低等 特點(diǎn),是移動(dòng)電子設(shè)備、電動(dòng)汽車以及國防軍工等高技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的理想電源。近年來隨著 通訊和交通事業(yè)的迅猛發(fā)展,作為生產(chǎn)鋰電池的正極材料鈷酸鋰,其市場需求在不斷增加。 隨著鈷酸鋰行業(yè)的發(fā)展,生產(chǎn)鈷酸鋰的技術(shù)和產(chǎn)品的性能都大幅度提高。鈷酸鋰的壓實(shí)密 度是其重要參數(shù),壓實(shí)密度高,同等大小的電池容量就高。早期鈷酸鋰產(chǎn)品一般壓實(shí)密度為 3. 85g/cm3左右,粒度D50 = 6-8 y m ;后來壓實(shí)密度可以達(dá)到4. 0g/cm3,粒度D50 = 8-10 y m ; 現(xiàn)在要求壓實(shí)密度4. 2g/cm3以上,粒度D50 = 10-20 y m。另外,生產(chǎn)原料的鋰鈷摩爾比越 高,鈷的含量越低,導(dǎo)致電容量下降,影響電性能,因此現(xiàn)有生產(chǎn)工藝中,為了保證電性能, 原料鋰鈷摩爾比一般不得高于1. 05。 鈷酸鋰可以用金屬鈷作為原料直接生產(chǎn),這樣獲得的產(chǎn)品成本高。有專利報(bào)道在 生產(chǎn)球形鈷酸鋰時(shí)在原料中添加金屬,可以提高鈷酸鋰性能,這些金屬包括Ni、Mn、Al、Cu、 Cr、 Zr、 Ti、Nb、 Y,實(shí)踐證明,所得鈷酸鋰性能并不理想,壓實(shí)密度較低,電容量也較小。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種鈷酸鋰的生產(chǎn)方法,成本較低,同時(shí)可以有效提高壓實(shí)密度。
所述鈷酸鋰的生產(chǎn)方法為,碳酸鋰、四氧化三鈷和添加劑混合后燒結(jié),得到鈷酸 鋰,所述添加劑為稀土氧化物和其他氧化物的混合物,所述稀土氧化物的用量為鈷酸鋰質(zhì) 量的1%。 50;,其他氧化物為氧化鎂、氧化鋁或二氧化鈦,其他氧化物的用量為鈷酸鋰質(zhì) 量的1%。 5%。。 所述稀土氧化物為鈧、釔和鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、禮或鋱的氧化物中的至少一 種,優(yōu)選為一種或2-4種的混合物,更優(yōu)選為一種或2-3種的混合物。當(dāng)稀土氧化物為混合 物時(shí),其中任意兩種的質(zhì)量比為1 : 4 4 : 1。 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案,所述其他氧化物為納米級(jí)材料。當(dāng)其他氧化物為混合物
時(shí),其中任意兩種的質(zhì)量比優(yōu)選為i : 4 4 : i。 碳酸鋰和四氧化三鈷中,鋰鈷摩爾比為1. 01 1. IO,優(yōu)選為1. 06-1. 08。
所述燒結(jié)是在900-1 IO(TC下燒結(jié)20-30h。
所述混合在球磨機(jī)中進(jìn)行。 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案,燒結(jié)后還進(jìn)行粉碎、分級(jí)整理,得到鈷酸鋰。粉碎、分級(jí)整 理是將顆粒的分布調(diào)整為電池需要的范圍,去掉影響電池制作的小顆粒和大顆粒。所得粒 徑范圍為7-30 ym,優(yōu)選為D50二 10-25 ym。本發(fā)明鈷礦中獲得的鈷源和碳酸鋰為原料,獲 得鈷酸鋰,相對(duì)于以金屬鈷為原料而言,成本較低;同時(shí)通過加入添加劑,進(jìn)行燒結(jié),可以有 效提高鈷酸鋰的壓實(shí)密度,從而提高鈷酸鋰的容量。由于壓實(shí)密度的提高,可以提高鋰鈷摩爾比至1. 06-1. 08,同時(shí)使壓實(shí)密度達(dá)到4. 2以上,容量達(dá)到158-160mAh/g。本發(fā)明減少了
原料中鈷的用量,進(jìn)一步降低了成本,同時(shí)鈷酸鋰產(chǎn)品的性能還得到了提高。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下 1.由于鋰鈷摩爾比的提高,更充分地利用原材料,提高了行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益;
2.本方法操作簡單、快捷,可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn),提高了生產(chǎn)效率;
3.產(chǎn)品雜質(zhì)含量低,物理性能穩(wěn)定,壓實(shí)密度高,達(dá)到4. 2g/cm3以上,粒度范圍為 D50 = 10-25,產(chǎn)品粒徑分布均勻,容量達(dá)到158-160mAh/g。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 將碳酸鋰293. 04公斤,四氧化三鈷600公斤(鋰鈷摩爾比1. 06),置于球磨機(jī)中混 合均勻,加入添加劑(氧化鈰0. 7kg和納米級(jí)二氧化鈦0. 7kg),混合均勻后,所得混合后的 料置于舟中按O. 5米/小時(shí)的速度推進(jìn)按設(shè)定的溫度曲線控溫的爐膛內(nèi),其中600-800°C 4 小時(shí);900-1100。C 10小時(shí);1100-600。C 8小時(shí),向爐內(nèi)每段(1. 5米為一段)按2m3/小時(shí)補(bǔ) 空氣,20-30小時(shí)后,得到鈷酸鋰半成品,此時(shí)鈷酸鋰粒度分布很差,D100高達(dá)87-180 iim, 通過粉碎機(jī)將大顆粒粉碎,得到粒度分布集中,D50 = llym的產(chǎn)品,然后通過分級(jí)機(jī)整理, 將小于2 ii m和大于43 ii m的顆粒分出去,得到產(chǎn)品鈷酸鋰700公斤,壓實(shí)密度4. 2g/cm3 ;粒 度D50 = 11 ii m,容量159mAh/g。
實(shí)施例2 將碳酸鋰293. 04公斤,四氧化三鈷600公斤(鋰鈷摩爾比1. 06)置于球磨機(jī)中混 合均勻,加入添加劑(氧化鈰lkg和納米級(jí)氧化鋁lkg),混合均勻后,所得混合后的物料置 于舟中按0. 5米/小時(shí)的速度推進(jìn)按設(shè)定的溫度曲線控溫的爐膛內(nèi),其中600-800°C 4小 時(shí);900-1100。C 10小時(shí);1100-600。C 8小時(shí),向爐內(nèi)每段(1.5米為一段)按2m3/小時(shí)補(bǔ)空 氣,20-30小時(shí)后,得到鈷酸鋰半成品,此時(shí)鈷酸鋰粒度分布很差,D100高達(dá)180iim,通過粉 碎機(jī)將大顆粒粉碎,得到粒度分布集中,D50 = 12ym的產(chǎn)品,然后通過分級(jí)機(jī)整理,將小于 2 ii m和大于43 ii m的顆粒分出去,得到產(chǎn)品鈷酸鋰700公斤,壓實(shí)密度4. 2g/cm3 ;粒度D50 =11. 5iim,容量160mAh/g。
實(shí)施例3 將碳酸鋰298. 57公斤,四氧化三鈷600公斤(鋰鈷摩爾比1. 08),置于球磨機(jī)中 混合均勻,加入添加劑(氧化鈰1. 05kg和納米級(jí)二氧化鈦1. 05kg),混合均勻后,所得混 合后的物料置于舟中按0. 5米/小時(shí)的速度推進(jìn)按設(shè)定的溫度曲線控溫的爐膛內(nèi),其中 600-800°C 4小時(shí);900-1100。C 10小時(shí);1100-600。C 8小時(shí),向爐內(nèi)每段(1. 5米為一段) 按2m3/小時(shí)補(bǔ)空氣,20-30小時(shí)后,得到鈷酸鋰半成品,此時(shí)鈷酸鋰粒度分布很差,D100高 達(dá)180iim,通過粉碎機(jī)將大顆粒粉碎,得到粒度分布集中,D50 = 18iim的產(chǎn)品,然后通過 分級(jí)機(jī)整理,將小于5 ii m和大于61 ii m的顆粒分出去,得到產(chǎn)品鈷酸鋰695公斤,壓實(shí)密度 4. 2g/cm3 ;粒度D50 = 18 ii m,容量158mAh/g。
實(shí)施例4 將600公斤的四氧化三鈷和298. 57公斤的碳酸鋰(鋰鈷摩爾比1. 08)置于混合 機(jī)中,加入添加劑(2kg氧化釹和2kg納米級(jí)氧化鎂)充分混合均勻。將混合好的物料置于舟中按0. 5米/小時(shí)的速度推進(jìn)按設(shè)定的溫度曲線控溫的爐膛內(nèi),其中600-800°C 4小時(shí); 溫度900-1100°C 10小時(shí);1100-600。C 8小時(shí),向爐內(nèi)每段(1. 5米為一段)按2m3/小時(shí)補(bǔ) 空氣,20-30小時(shí)后,得到鈷酸鋰半成品,此時(shí)鈷酸鋰粒度分布寬,D100高達(dá)180微米,通過 粉碎機(jī)將大顆粒粉碎,得到粒度分布集中,D50 = 18um的產(chǎn)品,然后通過分級(jí)機(jī)整理,將小 于5 ii m和大于61 ii m的顆粒分出去,得到產(chǎn)品鈷酸鋰700公斤,壓實(shí)密度4. 2g/cm3 ;粒度 D50 = 18 ii m,容量160mAh/g。
實(shí)施例5 將600公斤的四氧化三鈷和298. 57公斤的碳酸鋰(鋰鈷摩爾比1. 08)置于混合 機(jī)中,加入添加劑(1. 2kg氧化釹、0. 4kg氧化鈰和lkg納米級(jí)二氧化鈦)充分混合均勻。將 混合好的物料置于舟中按0. 5米/小時(shí)的速度推進(jìn)按設(shè)定的溫度曲線控溫的爐膛內(nèi),其中 600-800°C 4小時(shí);溫度900-1100°C 10小時(shí);1100-600。C 8小時(shí),向爐內(nèi)每段(1. 5米為一 段)按2m3/小時(shí)補(bǔ)空氣,20-30小時(shí)后,得到鈷酸鋰半成品,此時(shí)鈷酸鋰粒度分布寬,D100高 達(dá)180微米,通過粉碎機(jī)將大顆粒粉碎,得到粒度分布集中,D50 = 18um的產(chǎn)品,然后通過 分級(jí)機(jī)整理,將小于5 ii m和大于61 ii m的顆粒分出去,得到產(chǎn)品鈷酸鋰700公斤,壓實(shí)密度 4. 2g/cm3 ;粒度D50 = 18 ii m,容量160mAh/g。
實(shí)施例6 將600公斤的四氧化三鈷和298. 57公斤的碳酸鋰(鋰鈷摩爾比1. 08)置于混合 機(jī)中,加入添加劑(1. 6kg氧化鈧、0. 2kg氧化釤和1. 5kg納米級(jí)二氧化鈦、0. 5kg納米級(jí)氧 化鎂)充分混合均勻。將混合好的物料置于舟中按0.5米/小時(shí)的速度推進(jìn)按設(shè)定的溫度 曲線控溫的爐膛內(nèi),其中600-800°C 4小時(shí);溫度900-1100°C 10小時(shí);1100-600。C 8小時(shí), 向爐內(nèi)每段(1.5米為一段)按2mV小時(shí)補(bǔ)空氣,20-30小時(shí)后,得到鈷酸鋰半成品,此時(shí)鈷 酸鋰粒度分布寬,D100高達(dá)180微米,通過粉碎機(jī)將大顆粒粉碎,得到粒度分布集中,D50 = 18um的產(chǎn)品,然后通過分級(jí)機(jī)整理,將小于5iim和大于61iim的顆粒分出去,得到產(chǎn)品鈷酸 鋰700公斤,壓實(shí)密度4. 2g/cm3 ;粒度D50 = 18 y m,容量160mAh/g。
實(shí)施例7 將600公斤的四氧化三鈷和298. 57公斤的碳酸鋰(鋰鈷摩爾比1. 08)置于混合 機(jī)中,加入添加劑(1. 2kg氧化釹、0. 6kg氧化鈰、0. 4kg氧化鈧和1. 2kg納米級(jí)二氧化鈦、 0. 4kg納米級(jí)氧化鋁)充分混合均勻。將混合好的物料置于舟中按0. 5米/小時(shí)的速度 推進(jìn)按設(shè)定的溫度曲線控溫的爐膛內(nèi),其中600-800°C 4小時(shí);溫度900-110(TC 10小時(shí); 1100-600°C 8小時(shí),向爐內(nèi)每段(1. 5米為一段)按2m3/小時(shí)補(bǔ)空氣,20-30小時(shí)后,得到鈷 酸鋰半成品,此時(shí)鈷酸鋰粒度分布寬,D100高達(dá)180微米,通過粉碎機(jī)將大顆粒粉碎,得到 粒度分布集中,D50 = 18um的產(chǎn)品,然后通過分級(jí)機(jī)整理,將小于5iim和大于61iim的顆 粒分出去,得到產(chǎn)品鈷酸鋰700公斤,壓實(shí)密度4. 2g/cm3 ;粒度D50 = 18 y m,容量160mAh/ g。
權(quán)利要求
一種鈷酸鋰的生產(chǎn)方法,其特征在于,碳酸鋰、四氧化三鈷和添加劑混合后燒結(jié),得到鈷酸鋰,所述添加劑為稀土氧化物和其他氧化物的混合物,所述稀土氧化物的用量為鈷酸鋰質(zhì)量的1‰~5‰,其他氧化物為氧化鎂、氧化鋁或二氧化鈦中的至少一種,其他氧化物的用量為鈷酸鋰質(zhì)量的1‰~5‰。
2. 如權(quán)利要求1所述的鈷酸鋰的生產(chǎn)方法,其特征在于,所述稀土氧化物為鈧、釔和 鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、禮或鋱的氧化物中的至少一種。
3. 如權(quán)利要求1所述的鈷酸鋰的生產(chǎn)方法,其特征在于,所述碳酸鋰和四氧化三鈷中, 鋰鈷摩爾比為1.01 1. 10。
4. 如權(quán)利要求3所述的鈷酸鋰的生產(chǎn)方法,其特征在于,所述碳酸鋰和四氧化三鈷中, 鋰鈷摩爾比為1.06-1.08。
5. 如權(quán)利要求1所述的鈷酸鋰的生產(chǎn)方法,其特征在于,所述其他氧化物為納米級(jí)材料。
6. 如權(quán)利要求1所述的鈷酸鋰的生產(chǎn)方法,其特征在于,所述燒結(jié)是在900-110(TC下 燒結(jié)20-30h。
7. 如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的鈷酸鋰的生產(chǎn)方法,其特征在于,燒結(jié)后還進(jìn)行粉 碎、分級(jí)整理,得到鈷酸鋰。
8. 如權(quán)利要求7所述的鈷酸鋰的生產(chǎn)方法,其特征在于,鈷酸鋰的壓實(shí)密度不小于 4. 2g/cm3,容量達(dá)至lj 158mAh/g_160mAh/g。
9. 如權(quán)利要求7所述的鈷酸鋰的生產(chǎn)方法,其特征在于,鈷酸鋰的粒度范圍為D50 = 7_30踐。
10. 如權(quán)利要求9所述的鈷酸鋰的生產(chǎn)方法,其特征在于,鈷酸鋰的粒度范圍為D50 = 10—25iim。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈷酸鋰的生產(chǎn)方法,成本較低,同時(shí)可以有效提高壓實(shí)密度。所述鈷酸鋰的生產(chǎn)方法為,碳酸鋰、四氧化三鈷和添加劑混合后燒結(jié),得到鈷酸鋰,所述添加劑為稀土氧化物和其他氧化物的混合物,所述稀土氧化物的用量為鈷酸鋰質(zhì)量的1‰~5‰,其他氧化物為氧化鎂、氧化鋁或二氧化鈦,其他氧化物的用量為鈷酸鋰質(zhì)量的1‰~5‰。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1.由于鋰鈷摩爾比的提高,更充分地利用原材料,提高了行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益;2.操作簡單、快捷,可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn),提高了生產(chǎn)效率;3.產(chǎn)品雜質(zhì)含量低,物理性能穩(wěn)定,壓實(shí)密度高,達(dá)到4.2g/cm3以上,粒度范圍為D50=10-25,產(chǎn)品粒徑分布均勻,容量達(dá)到158-160mAh/g。
文檔編號(hào)H01M4/525GK101740755SQ20091026419
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者李敏, 王武, 袁國和, 龍淑元 申請(qǐng)人:江蘇凱力克鈷業(yè)股份有限公司