[發(fā)明專利]一種鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110183279.8
• 申請日: 2011-07-01
• 公開（公告）號: CN102280616A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李學良;劉沛;肖正輝;羅梅;孫衛(wèi)華;李世輝
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學;安徽亞蘭德新能源材料有限公司
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料的制備方法，確切地說是一種鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法。

二、背景技術(shù)

具有層狀結(jié)構(gòu)的鎳鈷錳酸鋰正極材料LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂以其材料的高理論容量，安全性能和倍率放電性能良好，是一種極具吸引力的鋰離子電池正極材料。

目前LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂的液相制備技術(shù)主要是化學沉淀法等。化學共沉淀法一般是把化學原料溶于蒸餾水中，并向溶液中加入一定量的沉淀劑，使溶液中混合均勻的各個組份按化學計量比共沉淀下來，或者在溶液中先反應(yīng)沉淀出一種前驅(qū)物，再經(jīng)高溫煅燒得到材料。應(yīng)用于鎳鈷錳酸鋰正極材料合成的化學共沉淀法可分為間接化學共沉淀法和直接化學共沉淀法。間接化學共沉淀法是先合成Ni、Co、Mn三元混合共沉淀，然后再過濾洗滌干燥后，與鋰鹽充分混合后高溫燒結(jié)。直接化學共沉淀法則是將Ni、Co、Mn和Li的鹽同時共沉淀，過濾洗滌干燥后再進行高溫焙燒。與傳統(tǒng)固相合成法相比，采用共沉淀方法可以使材料達到分子或原子級別上的混合，易于得到粒徑小、混合均勻的前驅(qū)體，且煅燒溫度較低，合成產(chǎn)物組份均勻。

上述化學共沉淀法均以水為反應(yīng)介質(zhì)，且得到沉淀后必須再經(jīng)高溫處理12-36小時以上才能得到鎳鈷錳酸鋰最終產(chǎn)品。離子液體作為新型的溶劑和反應(yīng)介質(zhì)為材料的合成提供了新的機會，離子熱合成技術(shù)為鎳鈷錳酸鋰材料的制備提供了新的途徑。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種利用離子熱合成法制備鎳鈷錳酸鋰正極材料的新型方法，所要解決的技術(shù)問題是通過離子熱合成鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體來縮短高溫處理的時間以降低能耗。

本制備方法是一種離子熱合成法，包括三元共沉淀、離子熱合成和高溫處理以及分離、洗滌各單元過程，與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別是將經(jīng)陳化的鎳源、鈷源和錳源三元共沉淀物與鋰源按1∶1-2的摩爾比加入環(huán)胺類離子液體中于140-220℃下攪拌反應(yīng)4-36小時，經(jīng)分離、洗滌后得到鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體；所述的高溫處理是將上述制備的前驅(qū)體于800-1000℃條件下處理1-8小時得到鎳鈷錳酸鋰正極材料。

具體操作過程如下：

(1)制備三元共沉淀物：將沉淀劑0.5％NaOH溶液滴加到含有鎳源、鈷源和錳源的混合溶液中，于pH9-11、溫度45-55℃下攪拌反應(yīng)8-12小時，沉淀經(jīng)陳化12-24h后過濾即得到三元共沉淀物；

所述的鎳源、鈷源和錳源是它們的水溶性無機鹽，如硝酸鎳、硫酸鈷、醋酸錳等。

(2)離子熱合成：將三元共沉淀物和鋰源按比例加入環(huán)胺類離子液體中，在敞口燒瓶中140-220℃攪拌反應(yīng)4-36小時；冷卻后將沉淀分離、洗滌得到鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體。

所述的三元共沉淀物和鋰源的摩爾比為1∶1-1.5，優(yōu)選1∶1.1-1.5。

所述的鋰源選自氫氧化鋰、氯化鋰、硝酸鋰、乙酸鋰、硫酸鋰和磷酸鋰中的一種或幾種。當兩種以上鋰源時，相互比例任意。

所述的離子液體選自具有如下結(jié)構(gòu)通式的環(huán)胺類離子液體中的一種或幾種：

[CAH]⁺[RCOO]^-

式中R為H或者C₁-C₂烷基；CA為1H-1，2，4-三氮唑、2-咪唑基乙胺、哌嗪、六次甲基四胺、咪唑、5-吡唑酮、三聚氰(酰)胺、三聚氯氰、2-氯-乙氨基-6-異丙基胺、均三氮苯或2，4-二氯-6-(鄰氯代胺基)均三氮苯。

(3)高溫處理：將離子熱反應(yīng)所得的鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體經(jīng)800-1000℃的高溫處理1-8h得到最終鎳鈷錳酸鋰正極材料。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、本方法提供了一種常壓低溫的鎳鈷錳酸鋰材料的離子熱法制備技術(shù)，縮短了高溫處理的時間，降低了能耗。

2、離子液體作反應(yīng)介質(zhì)為晶體生長提供了特殊的環(huán)境，易于獲得顆粒均勻的鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體，且縮短了高溫晶化處理的時間，得到性能優(yōu)異的鎳鈷錳酸鋰正極材料。

3、本方法在離子熱法合成中用來作反應(yīng)介質(zhì)和結(jié)構(gòu)生長模板的離子液體為環(huán)胺類離子液體，該類離子液體具有易于合成，成本較低，熱穩(wěn)定性好的特點，且能通過分離實現(xiàn)回收再利用。

四、附圖說明

圖1是本方法制備的鎳鈷錳酸鋰材料的XRD圖。

圖2是本方法制備的鎳鈷錳酸鋰材料的SEM圖，顆粒分布均勻。