[發明專利]一種鋰離子電池正極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310135838.7
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN103247780A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 馬明遠;程迪;田新勇;李小栓;徐云軍;尹正中
• 申請（專利權）人: 河南科隆新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M4/131
• 代理公司: 北京神州華茂知識產權有限公司 11358
• 代理人: 吳照幸

技術領域

本發明屬于材料領域中電池正極材料的制備方法，具體涉及一種鋰離子電池正極材料LiNi_1-x-y?Co_xMn_yO₂及其制備方法。

技術背景

LiNi0₂是具有層狀結構的過渡金屬氧化物，由于其資源豐富、價格低廉、且具有較高的比容量等優點，故被認為是最有希望取代目前已經商業化的LiCoO₂的正極材料之一。但LiNiO₂也存在一些缺點，如：(1)合成具有電化學活性計量比的LiNiO₂非常困難；(2)LiNiO₂因結構不穩定導致容量衰減快；(3)Ni(Ⅲ)和Ni(Ⅳ)的不穩定性造成LiNiO₂的熱穩定性差。在LiNiO₂結構中摻入單個元素如Co，A1和Mn等可改善其性能，但單一元素的摻雜往往不能滿足要求，只有多元素共同摻雜，才能有效地提高LiNiO₂的綜合性能。

摻鈷錳后雖比鎳酸鋰的制備較為容易，但采用簡單易行的傳統高溫固相法還是易生成非計量比產物、產物重現性和一致性差、難以工業化。主要存在以下問題：(1)在高溫合成條件下鋰鹽容易揮發而導致鋰缺陷產生；從Ni²⁺氧化至Ni³⁺存在較大的勢壘，易造成陽離子混排現象，熱穩定也不好，高溫下LiNi_1-x-y?Co_xMn_yO₂會發生相變，易生成非計量比產物。(2)預混勻處理程度有限，產物元素分布不均勻，易造成鈷簇的形成導致材料的可逆性差。采用提高溫度增加反應時間可以使產物趨向均一，但又會助長非計量比產物的生成。

發明內容

本發明提供一種采用液相氧化法和高溫燒結相結合制備正極材料LiNi_1-x-y?Co_xMn_yO₂的方法，在不影響比容量的前提下克服了Ni²⁺氧化至Ni³⁺存在較大的勢壘，氧化難于完全的問題；同時解決了高溫燒結條件下陽離子混排引起的不可逆容量損失。

為解決上述技術問題，本發明提供一種采用液相氧化法和高溫燒結相結合制備正極材料LiNi_1-x-y?Co_xMn_yO₂的方法（其中0＜x≤0.10,0<y≤0.10），這種鋰離子電池正極材料的平均粒徑在4到20um之間，BET比表面積在0.2到1.0m²/g之間。

一種鋰離子電池正極材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）按摩爾比Ni：Co：Mn以0.8～0.98：0.01～0.10：0.01～0.10配置Ni²⁺、Co²⁺、Mn²⁺混合溶液。

（2）以氨水為絡合劑，氫氧化物為沉淀劑，把鎳鈷錳混合液、氨水和氫氧化物以及氧化劑溶液用泵連續的輸入到帶攪拌裝置的反應器中，經過攪拌、沉淀、分離、干燥得其氫氧化物共沉淀前軀體,其中0＜x≤0.10,0<y≤0.10。

(3)將前軀體混合物與鋰源化合物混合，鋰源化合物與前軀體的摩爾比為1.01-1.12:1；用聚氨酯球進行球磨，其中聚氨酯球：鋰源化合物和前軀體混合物的質量比為1-4:1，混合時間為1-8小時。

(4)將步驟（3）中的混合物進行高溫焙燒，分兩段進行焙燒，第一段煅燒溫度為300-500℃，煅燒時間為1-8h，煅燒氣氛為氧氣，第二段煅燒溫度為600-850℃，煅燒時間為6-24h，煅燒氣氛為氧氣；

（5）將焙燒得到的正極材料自然冷卻后，進行粉碎，篩分，即可得到正極材料LiNi_1-x-y?Co_xMn_yO₂，其中0＜x≤0.10,0<y≤0.10。