專利名稱：一種納米級鋰離子電池正極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源材料制備工藝領(lǐng)域，涉及一種制備納米級鋰離子電池正極材料 LiM02(M = Co、Ni、Mn)的新方法。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子器件不斷趨于小型化、輕量化和高性能化的方向 發(fā)展，這就要求供電系統(tǒng)向高能量、小體積方向發(fā)展。Li離子二次電池商品化以來以其高的平臺電壓、高能量密度、高循環(huán)壽命的特點(diǎn) 得到廣泛的應(yīng)用。過渡金屬復(fù)合氧化物L(fēng)iM02 (M = Co、Ni、Mn)相對于鋰具有4V及以上的 電極電位，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。當(dāng)前上述過渡金屬復(fù)合氧化物的合成多通過傳統(tǒng)的高 溫固相法合成，采用含鋰化合物與過渡金屬化合物混合研磨，經(jīng)700-100(TC高溫?zé)Y(jié)得到 該類正極材料。此方法存在諸多不足1、生產(chǎn)周期長，無論是研磨還是燒結(jié)過程都需較長時 間；2、能耗高，恒溫時間長，燒結(jié)溫度高導(dǎo)致能耗較高；3、溫度高恒溫時間長導(dǎo)致鋰的揮發(fā) 較大，不能精確限定元素配比；4、所得樣品顆粒一致性差、粒度分布不集中；5、混料和后處 理過程中需進(jìn)行研磨，容易引入雜質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備納米級鋰離子電池正極材料LiM02的新方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種制備納米級鋰離子電池正極 材料的方法，所述的正極材料為LiM02，其中M = Ni、Co、Mn，其特征在于按Li/M摩爾比為 1 1，將含Li和M元素化合物溶于去離子水中充分?jǐn)嚢璧玫骄鶆蚧旌先芤?，向此混合溶?中加入2-5倍上述全部金屬離子物質(zhì)的量總和的沉淀劑溶液后移入水浴鍋中加熱，充分反 應(yīng)后得到LiM02沉淀，經(jīng)過濾、洗滌、噴霧干燥后在空氣中經(jīng)高溫?zé)Y(jié)即得到一次粒子粒徑 在納米量級的LiM02正極材料。所述含Li化合物為醋酸鋰、硝酸鋰、硫酸鋰或商化鋰。所述含M元素化合物為硝酸鈷、草酸鈷、乙酸鈷、硝酸鎳、乙酸鎳、硫酸鎳、硝酸錳 或乙酸錳。所述沉淀劑選用尿素。所述混合溶液在水浴鍋中的加熱溫度為85°C -100°C。所述沉淀采用去離子水洗滌，去離子水與沉淀的體積比大于2 1，洗滌次數(shù)在2 次以上。噴霧干燥過程中進(jìn)口溫度優(yōu)選165°C -200°c。所述干燥產(chǎn)物的燒結(jié)溫度為600°C -900°C，燒結(jié)時間至少6小時。本發(fā)明采用共沉淀與噴霧干燥相結(jié)合的方法制備出一次粒子為納米量級的球聚 體結(jié)構(gòu)過渡金屬復(fù)合氧化物。該工藝方法采用液相混合反應(yīng)物的方法，實(shí)現(xiàn)各元素間分子 量級的混合，獨(dú)特選用尿素作為沉淀劑，水浴加熱時在反應(yīng)溶液體系中形成0H—1分子團(tuán)，較
3外部滴加式沉淀劑，OH—1分子團(tuán)分布更均勻所得沉淀粒徑一致性更好納米顆粒，納米級的過 渡金屬復(fù)合氧化物可有效縮短Li離子的有效傳輸路徑。通過噴霧干燥的方法使沉淀物形 成微米級球聚體結(jié)構(gòu)解決了納米顆粒不易涂覆的問題，增加了材料的振實(shí)密度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用共沉淀與噴霧干燥相結(jié)合的 方法制備一次粒子為納米量級的球聚體結(jié)構(gòu)過渡金屬復(fù)合氧化物L(fēng)iM02(M = Co、Ni、Mn)， 各有效組分混合更均勻、反應(yīng)物活性更高降低了反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間、所得產(chǎn)物為納米級、 粒度分布均勻，無需后處理可加工性能優(yōu)良。


圖1是實(shí)施例1所得球聚體結(jié)構(gòu)樣品的SEM(掃描電子顯微鏡)圖像。圖2是對球聚體表面放大形貌圖。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明做詳細(xì)描述，下述實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，但并 不用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。實(shí)施例1 按Li/Co摩爾比為1 1，分別將硝酸鋰、硝酸鈷溶解于去離子水中，并 將上述溶液混合均勻，在此混合溶液中加入2倍上述全部金屬離子物質(zhì)的量之和的尿素溶 液作為沉淀劑后移入水浴鍋中95°C恒溫加熱，充分反應(yīng)后得到LiCo02前驅(qū)體沉淀，過濾后 用3倍于沉淀物體積的去離子水洗滌3次后，配置成懸濁液進(jìn)行噴霧干燥，進(jìn)料口溫度設(shè)為 180°C，所得干燥后的前驅(qū)體在空氣中850°C燒結(jié)6小時即得到圖1、圖2所示的一次粒子粒 徑在納米量級的球聚體結(jié)構(gòu)LiCo02正極材料。實(shí)施例2 按Li/Ni摩爾比為1 1，分別將硝酸鋰、硝酸鎳溶解于去離子水中，并 將上述溶液混合均勻，在此混合溶液中加入3倍上述全部金屬離子物質(zhì)的量之和的尿素溶 液作為沉淀劑后移入水浴鍋中85°C恒溫加熱，充分反應(yīng)后得到LiM02前驅(qū)體沉淀，過濾后 用5倍于沉淀物體積的去離子水洗滌2次后，配置成懸濁液進(jìn)行噴霧干燥，進(jìn)料口溫度設(shè)為 190°C，所得干燥后的前驅(qū)體在空氣中600°C燒結(jié)10小時即得到一次粒子粒徑在納米量級 的球聚體結(jié)構(gòu)LiNi02正極材料。實(shí)施例3 按Li/Mn摩爾比為1 1，分別將醋酸鋰、硝酸錳溶解于去離子水中，并 將上述溶液混合均勻，在此混合溶液中加入3倍上述全部金屬離子物質(zhì)的量之和的尿素溶 液作為沉淀劑后移入水浴鍋中100°C恒溫加熱，充分反應(yīng)后得到LiMn02前驅(qū)體沉淀，過濾后 用2倍于沉淀物體積的去離子水洗滌4次后，配置成懸濁液進(jìn)行噴霧干燥，進(jìn)料口溫度設(shè)為 165°C，所得干燥后的前驅(qū)體在空氣中600°C燒結(jié)10小時即得到一次粒子粒徑在納米量級 的球聚體結(jié)構(gòu)LiMn02正極材料。實(shí)施例4:按Li/Co摩爾比為1 1，分別將硫酸鋰、乙酸鈷溶解于去離子水中，并 將上述溶液混合均勻，在此混合溶液中加入4倍上述全部金屬離子物質(zhì)的量之和的尿素溶 液作為沉淀劑后移入水浴鍋中90°C恒溫加熱，充分反應(yīng)后得到LiCo02前驅(qū)體沉淀，過濾后 用3倍于沉淀物體積的去離子水洗滌3次后，配置成懸濁液進(jìn)行噴霧干燥，進(jìn)料口溫度設(shè)為 185°C，所得干燥后的前驅(qū)體在空氣中900°C燒結(jié)5小時即得到一次粒子粒徑在納米量級的 球聚體結(jié)構(gòu)LiCo02正極材料。
實(shí)施例5 按Li/Ni摩爾比為1 1，分別將硝酸鋰、硫酸鎳溶解于去離子水中，并 將上述溶液混合均勻，在此混合溶液中加入5倍上述全部金屬離子物質(zhì)的量之和的尿素溶 液作為沉淀劑后移入水浴鍋中90°C恒溫加熱，充分反應(yīng)后得到LiM02前驅(qū)體沉淀，過濾后 用3倍于沉淀物體積的去離子水洗滌3次后，配置成懸濁液進(jìn)行噴霧干燥，進(jìn)料口溫度設(shè)為 200°C，所得干燥后的前驅(qū)體在空氣中800°C燒結(jié)5小時即得到一次粒子粒徑在納米量級的 球聚體結(jié)構(gòu)LiNi02正極材料。
權(quán)利要求
一種納米級鋰離子電池正極材料的制備方法，所述的正極材料為LiMO2，其中M＝Ni、Co、Mn，其特征在于按Li/M摩爾比為1∶1，將含Li和M元素化合物溶于去離子水中充分?jǐn)嚢璧玫骄鶆蚧旌先芤?，向此混合溶液中加?-5倍上述全部金屬離子物質(zhì)的量總和的沉淀劑溶液后移入水浴鍋中加熱，充分反應(yīng)后得到LiMO2沉淀，經(jīng)過濾、洗滌、噴霧干燥后在空氣中經(jīng)高溫?zé)Y(jié)即得到一次粒子粒徑在納米量級的LiMO2正極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種納米級鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于所 述含Li化合物為醋酸鋰、硝酸鋰、硫酸鋰或商化鋰。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種納米級鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于所 述含M元素化合物為硝酸鈷、草酸鈷、乙酸鈷、硝酸鎳、乙酸鎳、硫酸鎳、硝酸錳或乙酸錳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種納米級鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于所 述沉淀劑選用尿素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種納米級鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于所 述混合溶液在水浴鍋中的加熱溫度為85°C -100°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種納米級鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于所 述沉淀采用去離子水洗滌，去離子水與沉淀的體積比大于2 1，洗滌次數(shù)在2次以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種納米級鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于噴 霧干燥過程中進(jìn)口溫度優(yōu)選165°C -200°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種納米級鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于所 述干燥產(chǎn)物的燒結(jié)溫度為600°C _900°C，燒結(jié)時間至少6小時。
全文摘要
本發(fā)明提供一種納米級鋰離子電池正極材料的制備方法，所述正極材料為LiMO2，其中M＝Ni、Co、Mn，其特征在于分別將含Li和含有M元素化合物溶于去離子水中充分?jǐn)嚢璧玫骄鶆蚧旌先芤海诖嘶旌先芤褐屑尤氤恋韯┤芤汉笠迫胨″佒屑訜?，充分反?yīng)后得到LiMO2沉淀，經(jīng)過濾、洗滌噴霧干燥后在空氣中經(jīng)高溫?zé)Y(jié)即得到一次粒子粒徑在納米量級的LiMO2正極材料，本發(fā)明采用共沉淀與噴霧干燥相結(jié)合的方法制備一次粒子為納米量級的球聚體結(jié)構(gòu)過渡金屬復(fù)合氧化物L(fēng)iMO2，各有效組分混合更均勻、反應(yīng)物活性更高降低了反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間、所得產(chǎn)物為納米級、粒度分布均勻。
文檔編號H01M4/1391GK101867040SQ20101020671
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者趙金鑫 申請人:彩虹集團(tuán)公司