專利名稱：摻雜鎳酸鋰的綠色環(huán)保合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料的一種合成方法，屬于材料合成、電化學(xué)和電子產(chǎn)品
背景技術(shù)：
摻雜鎳酸鋰是最有希望取代鈷酸鋰的新一代鋰離子電池正極材料。目前，制備摻雜鎳酸鋰的方法主要有固相合成法和液相合成法。固相合成法由于原料混合無法達(dá)到分子水平的均勻性，一般需要在較高溫度下長時間保溫，通常需要煅燒兩次或兩次以上，中間需要研磨過篩。其合成溫度較高，合成時間較長，生產(chǎn)能耗較大。如果采用鋰鹽和過渡金屬的碳酸鹽、硫酸鹽或硝酸鹽為原料，則合成過程中會放出COx、SOx和NOx等有害氣體，對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。液相法雖然能實現(xiàn)原料在分子水平上的均勻混合，合成溫度較低，但工藝復(fù)雜，產(chǎn)量低，很難大規(guī)模生產(chǎn)。由于液相法需要采用易溶于水的鹽類為主要原料，而且需要添加酸、堿溶液以控制沉淀或凝膠的形成，因此在合成過程中有大量廢液和廢氣產(chǎn)生，容易造成環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)固相合成法合成溫度偏高、合成時間較長、能耗較大、鋰的揮發(fā)損失較嚴(yán)重和液相合成法工藝復(fù)雜、產(chǎn)量低、難以大規(guī)模生產(chǎn)以及現(xiàn)有合成方法容易造成環(huán)境污染等不足，提供一種完全沒有污染、合成溫度較低、簡便易行并且可以大規(guī)模生產(chǎn)高性能鋰離子電池正極材料的新方法。
實現(xiàn)上述目的的關(guān)鍵是1.采用鋰、鎳和摻雜元素的氫氧化物或氧化物為原料，不使用鋰、鎳和摻雜元素的碳酸鹽、硫酸鹽或硝酸鹽作原料，從源頭上避免環(huán)境污染。2.通過高能球磨，使原料充分混合并發(fā)生機(jī)械化學(xué)反應(yīng)，以降低合成溫度、縮短合成時間，減少高溫下長時間保溫造成的鋰的揮發(fā)損失。具體合成過程包括以下步驟(1)按目標(biāo)產(chǎn)物的化學(xué)式計算鋰、鎳和摻雜元素氫氧化物或氧化物的用量(氫氧化鋰或氧化鋰的量通常要多加5～10％，以彌補合成過程中鋰的揮發(fā)損失)；(2)將上述原料按比例稱量混合，置于高能球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械化學(xué)處理；(3)將經(jīng)過機(jī)械化學(xué)處理的中間產(chǎn)物置于電爐中在600℃～1200℃恒溫煅燒4～24小時；
(4)將煅燒后的產(chǎn)物磨細(xì)，過300目篩，得到可用作鋰離子電池正極材料的摻雜鎳酸鋰。
與現(xiàn)有合成工藝相比，本發(fā)明具有合成設(shè)備簡單，操作方便；適合大規(guī)模生產(chǎn)；合成溫度較低；合成產(chǎn)物均勻，結(jié)構(gòu)、性能穩(wěn)定，比容量高；整個合成過程不產(chǎn)生任何廢氣、廢水和廢渣等許多優(yōu)點，是一種先進(jìn)的綠色環(huán)保合成工藝。
實施例一、摻鈦鎳酸鋰LiNi0.95Ti0.05O2的綠色環(huán)保合成1.將1.05摩爾氫氧化鋰，0.95摩爾氫氧化鎳，0.05摩爾二氧化鈦準(zhǔn)確稱量，裝入行星磨中進(jìn)行機(jī)械化學(xué)處理12小時；2.將經(jīng)過機(jī)械化學(xué)處理的中間產(chǎn)物裝入氧化鋁陶瓷坩堝，置于電爐中，加熱到750℃，保溫16小時，然后隨爐冷卻；3.冷卻后，將合成產(chǎn)物碾磨，過300目篩，得到具有良好層狀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的LiNi0.95Ti0.05O2。
二、錳鎳酸鋰LiNi0.5Mn0.5O2的綠色環(huán)保合成1.將1.1摩爾氫氧化鋰，0.5摩爾氫氧化鎳，0.5摩爾氫氧化錳準(zhǔn)確稱量，裝入行星磨中進(jìn)行機(jī)械化學(xué)處理16小時；2.將經(jīng)過機(jī)械化學(xué)處理的中間產(chǎn)物裝入氧化鋁陶瓷坩堝，置于電爐中，加熱到900℃，保溫20小時，然后隨爐冷卻；3.冷卻后，將合成產(chǎn)物碾磨，過300目篩，得到具有良好層狀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的LiNi0.5Mn0.5O2。
權(quán)利要求
1.鋰離子電池正極材料的一種合成方法，其特征是(1)以鋰、鎳和摻雜元素的氫氧化物或氧化物為原料；(2)上述原料按比例混合后在高能球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械化學(xué)處理；(3)機(jī)械化學(xué)處理后的中間產(chǎn)物在600℃～1200℃恒溫煅燒，合成鋰離子電池正極材料。
2.按權(quán)利1所述的合成方法，其特征是使用的高能球磨機(jī)為行星磨、攪拌磨或振動磨中的任何一種。
3.按權(quán)利1所述的合成方法，其特征是合成產(chǎn)物為層狀結(jié)構(gòu)的摻雜鎳酸鋰LiNi1-xMxO2(M為摻雜元素，0≤x≤0.5)。
4.按權(quán)利1所述的合成方法，其特征是摻雜元素為鎂、鋅、鉻、鋁、鈦、錳、鈷、鎵中的一種或多種。
5.按權(quán)利1所述的合成方法，其特征是煅燒過程在空氣或氧氣中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明為鋰離子電池正極活性材料的一種制備方法。其特征是以鋰、鎳和摻雜元素的氫氧化物或氧化物為原料，通過機(jī)械化學(xué)反應(yīng)－后煅燒技術(shù)合成具有層狀結(jié)構(gòu)的摻雜鎳酸鋰。本發(fā)明具有合成設(shè)備簡單，操作方便；適合大規(guī)模生產(chǎn)；合成溫度較低；合成產(chǎn)物均勻，結(jié)構(gòu)、性能穩(wěn)定，比容量高；整個合成過程不產(chǎn)生任何廢氣、廢水和廢渣等許多優(yōu)點，是一種先進(jìn)的綠色環(huán)保合成工藝。
文檔編號H01M4/04GK1540782SQ0312335
公開日2004年10月27日 申請日期2003年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者葉乃清, 黃小毛 申請人:葉乃清, 黃小毛