[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料球形摻鋁鎳鈷酸鋰的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010594744.2
• 申請日: 2010-12-18
• 公開（公告）號: CN102074679A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發(fā)明（設計）人: 胡國榮;劉萬民;彭忠東;杜柯;曹雁冰;蔣慶來;劉強
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/525
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料球形摻鋁鎳鈷酸鋰的制備方法。

背景技術：

鋰離子電池作為一種綠色二次電池，具有重量輕、體積小、放電平臺高、容量大、循環(huán)壽命長、無記憶效應等優(yōu)點，已廣泛應用于手機、相機、筆記本電腦等移動式電子電器，同時也正越來越多地用于人造衛(wèi)星、航空航天、電動汽車等領域。LiNi_xCo_1-xO₂(0.7≤x≤0.9)正極材料作為LiNiO₂和LiCoO₂的固溶體，同時具備了二者的優(yōu)點，即放電比容量高、循環(huán)性能好、成本低和環(huán)境污染小等優(yōu)點。但是這種材料仍然存在Ni²⁺難以完全氧化成Ni³⁺而導致高溫結(jié)晶過程中Ni²⁺與Li⁺之間的“陽離子混排”現(xiàn)象、熱穩(wěn)定性差和首次放電不可逆容量較高等缺陷。為解決上述問題，國內(nèi)外學者進行了大量的試驗，公認鋁的摻雜可以穩(wěn)定鎳鈷酸鋰材料的結(jié)構(gòu)，明顯改善材料的熱穩(wěn)定性；控制結(jié)晶法可以制備出高振實密度的球形材料。但是，仍然沒有找到有效的方法將Ni²⁺徹底氧化成Ni³⁺，避免高溫結(jié)晶過程中Ni²⁺與Li⁺之間的“陽離子混排”現(xiàn)象的發(fā)生。

傳統(tǒng)方法制備的氫氧化鎳鈷鋁前驅(qū)體中Ni、Co均為+2價，摻鋰煅燒成鎳鈷酸鋰時，+2價的鎳很難被完全氧化成+3價，煅燒時需要長時間通純氧氣才能反應完全。在規(guī)模化生產(chǎn)時，即使長時間通純氧氣也難以保證+2價鎳完全氧化成+3價，因為物料在靜止狀態(tài)下，氧氣難以擴散至物料的中間或底部。有人建議用轉(zhuǎn)窯煅燒，可使氧氣與物料充分接觸，但鎳鈷酸鋰粘壁現(xiàn)象嚴重。此外，在目前技術條件下，采用轉(zhuǎn)窯必須采用不銹鋼材質(zhì)做爐膛，在高溫和純氧氣條件下，不銹鋼很容易氧化。因此轉(zhuǎn)窯不適合工業(yè)化生產(chǎn)。解決用高溫煅燒工藝在規(guī)模化生產(chǎn)條件下將+2價鎳完全氧化是一大難題。

由于二價鎳在高溫下難以氧化成三價鎳，也有人在液相共沉淀時加氧化劑氧化二價鎳為三價鎳，例如，中科院成都有機化學所劉興泉公開了一種鋰離子電池正極材料LiNi_1-xCo_xO₂的制備方法(CN1843930)，該方法包括配制二價鎳、鈷的混合鹽溶液，加入堿性沉淀劑和氧化劑的混合溶液并強烈攪拌，使溶液中的Co²⁺，Ni²⁺被氧化成+3價以Ni_1-xCo_xOOH的形式沉淀下來，洗滌、干燥后；將前述得到的前驅(qū)體和鋰鹽充分混合，在空氣氣氛下于300-500℃預熱2-12小時，再置于650-900℃鍛燒4-48小時，自然冷卻至室溫。但采用此種常規(guī)液相氧化共沉淀法也存在一些弊端，如三價離子沉淀時易形成絮狀沉淀難以過濾，也難以形成球形大顆粒沉淀。此外，上述專利合成的是不含鋁的Ni_1-xCo_xOOH的沉淀，摻鋰煅燒得到的鋰鎳鈷氧相對于鋰鎳鈷鋁氧，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，放電容量只有140mAh/g左右。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種液相氧化與控制結(jié)晶相結(jié)合制備鋰離子電池正極材料球形摻鋁鎳鈷酸鋰的方法，本發(fā)明的方法不但使得Ni²⁺易于完全氧化成Ni³⁺，且更有利于含Ni³⁺鋰離子電池正極材料的有效的制備及得到，從而抑制了高溫結(jié)晶過程中Ni²⁺與Li⁺之間的“陽離子混排”現(xiàn)象的發(fā)生；所得正極材料可很好的提升摻鋁鎳鈷酸鋰材料的容量，改善了材料的循環(huán)性能。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種液相氧化與控制結(jié)晶相結(jié)合制備鋰離子電池正極材料球形摻鋁鎳鈷酸鋰的制備方法，包括以下步驟：