[發明專利]一種尖晶石或層狀結構鋰離子電池正極材料液相制備方法

無效

• 申請號: 201210272933.7
• 申請日: 2012-08-02
• 公開（公告）號: CN102769137A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 宋阜;林建雄
• 申請（專利權）人: 廈門鎢業股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/48
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 李寧

技術領域

本發明涉及一種尖晶石或層狀結構鋰離子電池正極材料液相制備方法,屬于鋰離子電池材料科學技術領域。

技術背景

隨著人們對能源需求的日益增長，以及應對環境的挑戰，需要我們更多地利用可再生能源。目前將可再生能源轉化為電能的設備中，電池以其高的能量密度和適中的功率密度更適合目前人類對于儲能的要求。鋰離子電池相比其它鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池等，具有儲能密度高、功率密度大、安全性好、環境友好、壽命長、自放電率低及溫度適應范圍寬等優點。目前，大中型電動工具、儲能電站、電動車和智能電網等應用對鋰離子電池的安全性、能量密度、功率密度、循環壽命、價格和環境友好等方面都提出了更高要求。

近年來，人們對鋰離子電池正極、負極、隔膜和電解質展開了廣泛的研究，而其中正極材料是鋰離子電池的關鍵因素之一。從上世紀70年代開發使用鋰離子電池起，經過多年的廣泛研究，多種鋰嵌入化合物可作為鋰離子二次電池的正極材料。目前，較常用并且已商業化的鋰離子電池正極材料包括:(a)LiCoO₂；(b)?LiNiO₂以及Ni?被部分替代的化合物，如LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂；(c)LiNi_1?/2Mn_1?/2O₂和LiNi_1?/3Mn_1?/3Co_1?/3O₂；(d)?LiMn₂O₄；(e)?LiFePO₄。為了進一步降低材料成本和提高材料性能，研究人員針對Li-Ni-Mn-O系材料用作鋰離子正極材料，也進行了大量的研究，如尖晶石結構的5V材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄和層狀富鋰結構的Li_1+xM_1-xO₂（或寫作xLi₂MO₃·(1-x)LiM'O₂）?？傊?，目前的鋰離子正極材料從結構上分，有層狀鋰過渡金屬氧化物、尖晶石鋰錳氧化物、橄欖石磷酸鐵鋰及其衍生化合物等材料。

鋰離子電池正極材料的合成方法很多，有高溫固相法、共沉淀法、溶膠-凝膠法、pechini法、噴霧熱解法、超聲噴霧熱分解法、燃燒法、水熱合成法、微乳液法和冷凍干燥法等。高溫固相合成法由于反應溫度高、反應時間長導致能耗高，并且易缺鋰，另外固相反應固有的特性較難實現分子級或原子級水平的均勻混合，所得產物均勻性、電化學性能都不太理想。溶膠-凝膠法、pechini法等使用的有機試劑價格昂貴，且不適用大規模工業化生產。有些方法還只適用于實驗室進行材料制備，尚不具備工業化生產的能力。共沉淀法往往需采用可溶性碳酸鹽或碳酸氫鹽、氫氧化物等沉淀劑，易引入鈉、鉀等雜質，而且需進一步與鋰化合物進行高溫固相反應。如申請號為200810116822.0，名稱為《鋰離子電池5V級正極材料球形LiNi_0.5Mn_1.5O₄的制備方法》，采用的可溶性碳酸鹽為Na₂CO₃或K₂CO₃，碳酸氫鹽化合物為NaHCO₃或KHCO₃，不可避免將引入鈉、鉀等雜質，且需將前驅體和鋰源化合物混合進行高溫固相反應。申請號為02114391.9，名稱為《一種鋰離子電池正級材料的濕化學合成方法》，可實現錳化合物與鋰化合物之間的化學反應一步直接合成結晶態的尖晶石Li_XM_YMn_2-YO₄材料,但是此方法僅限于制備尖晶石型材料。

為了改善正極材料的性能，抑制容量損失，人們通過優化合成條件、合成方法來控制產品的粒度與形貌。如采用表面修飾的方法來減少正極材料在電解液中的溶解，用摻雜的方法來穩定正極材料的結構提高其電化學性能。摻雜手段主要有陽離子摻雜，陰離子摻雜和陰、陽離子的混合摻雜。