[發明專利]一種空心結構鋰離子電池電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710202240.3
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN107069023B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 張衛新;陳飛;楊則恒;程鳳如;黃夢秋;邵宗明
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/52;H01M4/48;H01M10/0525
• 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: 盧敏;何梅生

1.一種空心結構鋰離子電池電極材料的制備方法，所述空心結構為空心管狀結構或空心球狀結構，其特征在于：首先確定目標產物的化學組成，及其化學組成中除鋰以外的各金屬元素與所選用的沉淀劑反應所得沉淀物的結晶度；然后先將結晶度最低的沉淀物所對應的金屬元素的鹽溶液加入沉淀劑中反應，形成一維棒狀或球狀低結晶度沉淀物的懸濁液；再將除鋰以外的其它各金屬元素的鹽溶液加入到所述低結晶度沉淀物的懸濁液中，與沉淀劑反應形成高結晶度沉淀物，并包覆在所述低結晶度沉淀物的表面，形成核殼結構；基于結晶度差異局部誘導的界面擴散機制，所述核殼結構的內層低結晶度沉淀物逐漸向外層高結晶度沉淀物擴散，從而形成元素均勻分布的空心結構前驅體；

將所述空心結構前驅體與鋰鹽混合后煅燒，即獲得空心結構鋰離子電池正極材料；

或將所述空心結構前驅體直接煅燒，即獲得空心結構鋰離子電池負極材料。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：各金屬元素的鹽溶液的加入量根據目標產物中各金屬元素的化學計量比來確定。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)首先根據目標產物的化學組成、及其化學組成中除鋰以外的各金屬元素與所選用的沉淀劑反應所得沉淀物的結晶度，確定結晶度最低的沉淀物所對應的金屬元素，定義為第一金屬元素；

室溫下，將濃度為0.02-1.0M的第一金屬元素的鹽溶液加入濃度為0.02-1.0M的沉淀劑中，攪拌反應0.5-3h，形成低結晶度沉淀物的懸濁液；

(2)根據目標產物中各金屬元素的化學計量比，量取濃度皆在0.02-1.0M的、除鋰和第一金屬以外的其它各金屬元素的鹽溶液，邊攪拌邊加入到步驟(1)所獲得的低結晶度沉淀物的懸濁液中，并在加完后繼續攪拌反應1-8h；

在反應過程中，除鋰和第一金屬以外的其它各金屬元素與沉淀劑形成高結晶度沉淀物，并包覆在所述低結晶度沉淀物的表面，形成核殼結構；所述核殼結構的內層低結晶度沉淀物逐漸向外層高結晶度沉淀物擴散，從而形成元素均勻分布的空心結構前驅體，獲得空心結構前驅體的懸濁液；

(3)將所述空心結構前驅體的懸濁液離心、洗滌，然后在30-100℃干燥6-24h，得到空心結構前驅物粉末；

(4)將所述空心結構前驅物粉末與鋰鹽按摩爾比1:1.02-1.1充分混合，在空氣或氧氣氣氛中于450-500℃煅燒4-8h，再于700-950℃煅燒8-24h，即得空心結構鋰離子電池正極材料；

或將所述空心結構前驅物粉末在空氣氣氛中于350-700℃煅燒2-8h，即得空心結構鋰離子電池負極材料。

4.根據權利要求1或3所述的制備方法，其特征在于：當目標產物為鋰離子電池正極材料時，其結構式為LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂或LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂，0<x<1，0<y<1；

當目標產物為鋰離子電池負極材料時，其結構式為NiCo₂O₄或ZnCo₂O₄。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：

對應于Ni元素的鹽溶液選自氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳和乙酸鎳中的至少一種；

對應于Co元素的鹽溶液選自氯化鈷、硫酸鈷、硝酸鈷和乙酸鈷中的至少一種；

對應于Mn元素的鹽溶液選自氯化錳、硫酸錳、硝酸錳和乙酸錳中的至少一種；

對應于Al元素的鹽溶液選自氯化鋁、硫酸鋁和硝酸鋁中的至少一種；

對應于Zn元素的鹽溶液選自氯化鋅、硫酸鋅、硝酸鋅和乙酸鋅中的至少一種。

6.根據權利要求1或3所述的制備方法，其特征在于：所述鋰鹽為氯化鋰、氫氧化鋰、硝酸鋰、草酸鋰、碳酸鋰或乙酸鋰。

7.根據權利要求1或3所述的制備方法，其特征在于：所述沉淀劑為草酸溶液、可溶性草酸鹽的溶液、可溶性碳酸鹽的溶液或可溶性氫氧化物的溶液。