[發明專利]一種高壓合成鋰離子電池正極材料LiMn2-xMxO4(x=0.01-0.2)的方法

無效

• 申請號: 201010176261.0
• 申請日: 2010-05-19
• 公開（公告）號: CN101859894A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 諶敏
• 申請（專利權）人: 青島華冠恒遠鋰電科技有限公司
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種合成電池正極材料的方法，具體涉及一種高壓合成鋰離子電池正極材料LiMn_2-xM_xO₄(x＝0.01-0.2)的方法。

背景技術

1978年，Armand提出正負極都用能讓鋰離子嵌入-脫出的TiS₂組成濃差電池。這種電池在充放電過程中，是鋰離子在兩電極間進行嵌入脫出循環，被形象地稱為“搖椅式”鋰離子二次電池。但該電池電壓僅0～2V，不具備鋰電池高電壓的特性。1980年初，發現LiCoO₂具有TiS₂同樣的層狀結構，同年，牛津大學Goodendugh等人提出用LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄作正極材料，開始了4V級鋰離子二次電池正極活性物質的研究。由于Co價格昂貴并且有微毒且安全性欠佳。LiNiO₂合成困難，循環性能也差，安全性更不好。LiMn₂O₄價格較LiCoO₂和LiNiO₂便宜且無毒，是一種富含鋰的層狀化合物，該化合物既能提供充放電反應過程在正負極之間嵌入-脫出循環所需要的鋰，又能提供在負級表面形成SEI膜所需要的鋰，還相對金屬鋰有較高的嵌鋰電位。LiMn₂O₄具有高工作電壓、高比容量、高倍率特性、應用溫度范圍寬、自放電率低、循環壽命長、安全性能好等優點，是較理想的鋰離子電池正極材料。此外，還可摻雜不同的過渡金屬元素M(M＝Ni、Fe、Co、Al、Mo、La、Zn等)來優化性能。

由于鋰離子電池正極材料的合成過程都需經過高溫煅燒步驟，通常該步驟所采用的設備是傳統的高溫爐，如馬弗爐、隧道窯。這種方法雖然工藝簡單，容易大規模產業化，但也存在明顯的缺點，如產品均勻性差；熱效率低，能源浪費大；易耗品消耗量大，生產成本高；物料浪費多，污染大等。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明所解決的技術問題是提供一種高壓合成鋰離子電池正極材料LiMn_2-xM_xO₄(x＝0.01-0.2)的方法，本方法采用高溫爐高壓煅燒，可縮短反應時間，降低反應溫度，得到物理、化學性質均一的高倍率、長壽命的鋰離子電池正極材料。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是，提供一種高壓合成鋰離子電池正極材料LiMn_2-xM_xO₄(x＝0.01-0.2)的方法，包括以下步驟：

(1)制備前軀物：將錳源化合物和過渡金屬元素M的可溶性鹽加入水中并混合，在攪拌狀態下加入沉淀劑，將不溶物經過濾、洗滌、干燥得到前驅體；

(2)原料混合：將鋰的氫氧化物、氧化物或鹽一種或幾種與前驅體相混合，移入高溫爐內；

(3)高溫煅燒：將高溫爐內溫度控制在600-850℃，向高溫爐內通入氣體，使爐內壓力控制在1-10MPa，混合原料在高溫爐內煅燒10-40小時后冷卻；

(4)冷卻過篩：冷卻后的物料經粉碎、篩分得鋰離子電池正極材料。

上述的方法，其步驟(1)中所述過渡金屬元素M為Fe、Co、Al、Mo、La、Zn中的一種或幾種；所述可溶性鹽為氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽中的一種或幾種；沉淀劑是碳酸鉀、碳酸鈉、氫氧化鈉、氨水中的一種或幾種。

上述的的方法，其步驟(2)中所述鋰的氫氧化物為氫氧化鋰，氧化物為氧化鋰，鹽為氯化鋰、磷酸鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、硝酸鋰中的一種或幾種。

上述的方法，其步驟(3)中所述氣體為氮氣、氬氣、氧氣、氫氣中的一種或幾種。

本發明與現有技術相比，具有如下有益效果和優點：

(1)采用液相沉淀法合成前驅體，可以使產品達到分子級的混合均勻，提高產品的電化學性能；

(2)摻入過渡金屬M優化產品性能，起到穩定結構和增加壽命的作用；

(3)采用回轉爐加熱焙燒技術，提高LiMn_2-xM_xO₄(x＝0.01-0.2)產業化制備過程中物料混合的均勻性以及物料受熱程度的一致性，從而提高產品物理、化學性能的一致性，改善產品質量的穩定性，并能達到降低成本、節能環保的效果；