[發明專利]一種富鋰正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201110337732.6
• 申請日: 2011-10-31
• 公開（公告）號: CN103094550A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 盧世剛;莊衛東;孫學義;王忠;尹艷萍;盧華權
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/485;H01M4/131;H01M10/0525
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 程鳳儒

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料領域，具體是一種富鋰正極材料的制備方法。

背景技術

自1990年索尼成功研制了新型鋰離子電池以后，鋰離子電池得到了迅速發展。它具備工作電壓高、重量輕、循環壽命長、允許工作范圍寬、無記憶效應、無污染等優點，從而代替了鎘鎳電池、鎳氫電池和鉛酸電池等傳統電池，廣泛應用于筆記本電腦、手機、數字電話等小型的民用電子產品。隨著鋰離子電池比能量的大幅度提高，鋰離子電池逐漸成為公交車、電動汽車、混合動力車等大型車輛，電動自行車、小型平板電瓶車等輕型電動車及電動工具的動力來源。但是，作為大型車輛的動力電池，鋰離子電池在比能量、循環壽命、安全性等方面還需要有很大的提升才能更好地滿足應用要求。作為鋰離子電池的關鍵材料之一，正極材料的性能對電池的整體性能具有致關重要的影響，所以尋找新型的高容量的正極材料成為目前的研究重點。

目前，富鋰正極材料因具有較高的充放電容量和較好的循環穩定性而受到廣泛關注。富鋰正極材料是由層狀的Li₂MnO₃和LiMO₂(M＝Mn，Ni，Co)按不同比例形成的固溶體，其化學式可以寫成xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂或xLi₂O·yMO_b(x/y＞0.51)。制備富鋰正極材料的方法有很多，如共沉淀法、溶膠凝膠法、高溫固相法、水熱合成法等，其中共沉淀法最為常用，這些方法制備出的材料都能取得良好的性能，如A.Manthiram等采用共沉淀法制備了富鋰正極材料Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂，在表面沒有包覆的情況下，首次放電比容量達到250mAh/g(J.Phys.Chem.C.，114(2010)9528-9533)，但是這些方法制備工藝工程復雜，成本高，不適合工業化大規模的生產。Young-Sik?Hong等采用自燃法制備了Li[Ni_0.20Li_0.20Mn_0.60]O₂和Li[Co_0.20Li_0.27Mn_0.53]O₂，其中Li[Ni_0.20Li_0.20Mn_0.60]O₂經過30個循環后，其放電比容量從288mAh/g僅降到213mAh/g(Solid?State?Ionics，176(2005)1035-1042)，但是該方法在制備過程中一方面需要中間溫度的處理，另一方面，由于自燃法的反應過程很難控制，存在安全隱患，故不適合工業制備富鋰正極材料。王劍華等采用控制條件的液相反應得到中間產物，然后各組分按原子水平分散形成固溶體，之后進行熱處理獲得的鋰離子正極活性材料(CN101662025A)。這個制備過程比較復雜，對反應溶液的溫度和溶液的pH值都有要求，而且這種方法制備的材料需要在氧氣氣氛下進行熱處理，這些都增加了工業成本，限制了其發展。

發明內容

本發明的目的是提供一種適合工業化生產的制備鋰離子電池富鋰正極材料xLi₂O·yMO_b的方法，并提供一種以本發明所制備的富鋰正極材料制作的鋰離子電池的正極及鋰離子電池。為了實現該目的，本發明采取以下技術方案：

一種富鋰正極材料xLi₂O·yMO_b，其中M為Mn、Ni、Co、Al中至少一種，0.51＜x/y＜0.95，1≤b≤2，的制備方法，該方法至少含有以下4個步驟：

1)以鋰源，以及選自錳源、鈷源、鎳源、鋁源中至少一種作為原料，按照xLi₂O·yMO_b中的摩爾配比稱取相應原料；

2)在原料中加入液體，進行研磨，以形成顆粒的中值粒徑D₅₀小于0.05μm的漿料，所述研磨至少分為兩步，先細磨使漿料中顆粒的中值粒徑D₅₀小于0.1μm，再進行超細磨使漿料中顆粒的中值粒徑D₅₀小于0.05μm；

3)將研磨好的漿料采用噴霧干燥的方式進行干燥；