[發(fā)明專利]氧化物固溶體及其制備方法以及鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210117623.8
• 申請日: 2012-04-20
• 公開（公告）號: CN102627332A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 應(yīng)皆榮;劉傳龍;劉世琦
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北萬潤新能源科技發(fā)展有限公司;寧波工程學(xué)院
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04;C01G53/04;C01G45/02;H01M4/48;H01M4/505
• 代理公司: 深圳市嘉宏博知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 44273
• 代理人: 楊敏

技術(shù)領(lǐng)域

[本發(fā)明屬于能源材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及氧化物固溶體及其制備方法以及以該氧化物固溶體為前驅(qū)體制得的鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

?鋰離子電池已在手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機等電子產(chǎn)品領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并正向大型動力電池（如用于電動汽車）和儲能電池（如用于太陽能和風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)）領(lǐng)域發(fā)展。

鋰離子電池的核心是材料，包括正極材料、負極材料、隔膜、電解質(zhì)等。目前得到實用的正極材料有層狀結(jié)構(gòu)氧化物正極材料如鈷酸鋰（LiCoO₂）、鎳鈷鋁酸鋰（LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂）、三元鎳鈷錳酸鋰（典型的如LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂等）、尖晶石結(jié)構(gòu)錳酸鋰（LiMn₂O₄）、橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰（LiFePO₄）等。此外，能夠?qū)崿F(xiàn)超過250mAh/g的實際比容量，而且屬于5V級正極材料的富鋰錳酸鋰固溶體類（Li₂MnO₃-LiMO₂）材料十分引人注目，被認為是下一代高容量高電壓正極材料。比較典型的如Li₂MnO₃?-?LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3?O₂、Li₂MnO₃?-?Li?Ni_0.4Co_0.2Mn_0.4?O₂、Li₂MnO₃?-?Li?Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3?O₂、Li₂MnO₃?-?Li?Co?O₂、Li₂MnO₃?-?LiNiO₂、Li₂MnO₃?-?Li?Ni_0.5Mn_0.5O₂、Li₂MnO₃?-?Li?Ni_0.5Co_0.5O₂、Li₂MnO₃?-?Li?Ni_0.8Co_0.2O₂等。這些材料與三元鎳鈷錳酸鋰一樣，也是層狀結(jié)構(gòu)氧化物正極材料，制備方法類似。

在眾多的制備方法中，氫氧化物共沉淀-高溫固相法比較適合于三元鎳鈷錳酸鋰和富鋰錳酸鋰固溶體正極材料的規(guī)模、經(jīng)濟制備，具有一定的實用價值，該方法已在三元鎳鈷錳酸鋰正極材料的生產(chǎn)中得到了應(yīng)用。

然而，該方法也存在以下缺點：

1、為保證鎳、鈷、錳三種離子能均勻共沉淀，必須使用一定的絡(luò)合劑，甚至要同時使用多種絡(luò)合劑，明顯增大了成本；

2、二價錳離子在生成氫氧化物沉淀時容易被氧化，制備時需要惰性氣體保護，烘干時也要防止氧化，否則后續(xù)配料時會使原料配比產(chǎn)生偏差，影響產(chǎn)品性能和一致性；

3、由于絡(luò)合劑對鎳、鈷、錳的絡(luò)合能力不同，氫氧化物的溶度積不同，使氫氧化物共沉淀法難以在寬廣的范圍內(nèi)靈活調(diào)整產(chǎn)品的組成，導(dǎo)致可以制備的富鋰錳酸鋰固溶體正極材料的組成受到很大限制；

4、氫氧化物共沉淀法制備前驅(qū)體要求連續(xù)式生產(chǎn)，過渡到穩(wěn)定狀態(tài)的時間較長，對生產(chǎn)過程控制要求較高。