[發明專利]一種鋰離子動力電池正極材料鎳錳酸鋰的制備方法

有效

• 申請號: 200910076564.2
• 申請日: 2009-01-09
• 公開（公告）號: CN101465420A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 陳蘊博;陳林;陳永翀
• 申請（專利權）人: 機械科學研究總院先進制造技術研究中心
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明屬于二次電池材料制備領域，涉及一種鋰離子動力電池正極材料的制備方法。

背景技術：

全球石油危機日益嚴重，全球的石油儲量僅剩人類使用40年，其中汽車的石油消耗量是最大的。而且汽車燃油排放大量的有害氣體也嚴重的污染了人類的生活環境。高速發展的中國汽車業對世界環境和能源的影響越來越大。為此，發展電動車和混合電動車是解決未來能源緊缺和環境惡化的主要方法之一。新型鋰離子電池屬于清潔能源領域，具有安全性好，循環性好，壽命長，無毒無污染等優點，使其成為動力電池和混合動力車車載動力的首選。作為汽車用動力電池必須滿足以下要求：①電池的放電曲線有高和較寬的平臺，以保證長時間工作時電壓穩定在高電壓水平下；②電池有較高的能量密度及比功率，以保證工作周期長，可靠性高；③能在較寬的溫度范圍內正常工作(-20～60℃)；④循環性能好，使用壽命長，充放電效率高，可進行快速充電；⑤電池在任何情況下均能安全運行，不燃不爆；⑥電池材料易得，價格便宜，電池易維護；⑦電池的生產及使用不污染環境。鋰離子二次電池在很大程度上滿足了這些條件。在鋰離子二次電池中，鈷酸鋰不適用，因為它存在大電池的熱失控風險和成本高等問題。層狀錳酸鋰具有低成本、環保、充電態安全等優點，但其能量密度低、循環性能差、碳作負極時的Mn溶解問題突出。鎳鈷酸鋰容量比鈷酸鋰有所提高，但制造成本高、過充存在安全性問題。磷酸鹽體系可降低成本、具有高充電穩定性和安全性等優勢，但能量密度低、電子導電性差、制備工藝復雜，有待進一步改進。而近年來，隨著耐高壓電解液的研制成功，由過渡金屬取代的尖晶石結構的LiNi_xMn_2-xO₄(0＜x＜1)引起了人們的廣泛關注，Mn⁴⁺提供穩定的母體，能解決循環和儲存性能問題，Ni²⁺提供電子還原核，且在4.5V以上存在一個高電壓平臺，在高電壓附近能可逆的嵌入和脫嵌鋰離子，對應Ni²⁺/Ni⁴⁺的氧化還原，可具有較高的容量以及較好的循環性能。

目前，鋰離子電池正極材料LiNi_xMn_2-xO₄(0＜x＜1)合成方法很多，有固相反應法、共沉淀法、乳膠法、復合碳酸鹽法以及熔鹽法。傳統的合成方法均采用固相反應法，其特點是反應物經過多次研磨、粉碎和反復燒結獲得正極材料，其制備過程所需時間較長，一般需要12-50小時，甚至更長時間。其余方法雖可制備出電化學性能較好的LiNi_xMn_2-xO₄，但這些方法步驟復雜或成本高，不利于實際應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋰離子動力電池用鎳錳酸鋰正極材料LiNi_xMn_2-xO₄(0＜x＜1)的制備方法，該方法所制得的正極材料顆粒均勻，具有優越的電化學性能；同時工藝簡單、方便、制備時間短、生產成本低、易于實行工業規?；a。

本發明的具體實施步驟為：

(1)將含鎳源化合物和錳源化合物按化學計量比混合均勻，再注入去離子水，配成0.5～1.5mol/l的溶液，并攪拌均勻。

(2)將步驟(1)中所配制的溶液經離心噴霧干燥機干燥后由旋風收集塔得到混合粉體。進料溶液速度為20～100ml/min；噴嘴氣體流量由壓縮空氣的壓力控制，壓力控制在0.25～0.45MPa；空氣進口溫度為250～400℃，出口溫度為80～150℃。

(3)將步驟(2)中所得混合粉體和含鋰源化合物充分混合，在空氣或氧氣氣氛中以1～30℃/min的速度升溫加熱，在600～1000℃恒溫煅燒4～12小時，然后直接以1～50℃/min的速度快速降溫或隨爐冷卻到室溫，研磨后即可制得電化學性能優良的鋰離子動力電池正極材料LiNi_xMn_2-xO₄(0＜x＜1)。

本發明中，步驟(1)中所述的鎳源化合物可選硝酸鎳、氯化鎳、硫酸鎳和醋酸鎳中的一種。

本發明中，步驟(1)中所述的錳源化合物可選硝酸錳、硫酸錳、碳酸錳和氯化錳中的一種。

本發明中，步驟(3)中所述的含鋰源化合物可選氫氧化鋰、碳酸鋰、硝酸鋰和硫酸鋰中的一種。