/c的合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料，尤其是涉及采用碳包覆一氧化鎳工藝所制備的 一種鋰離子正極材料LiNi02/C的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前隨著全球性石油資源緊缺與氣候環(huán)境的不斷惡化，人類社會發(fā)展面臨著嚴(yán)峻 的挑戰(zhàn)。發(fā)展清潔節(jié)能的新能源汽車受到世界各國的高度重視。新能源汽車的發(fā)展，關(guān)鍵 在其動力電源。鋰離子電池具有能量密度大、自放電小、無記憶效應(yīng)、工作電壓范圍寬、使用 壽命長、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，是目前新能源汽車主要的動力電源。而鋰離子電池關(guān)鍵電極材 料是電池性能的最終決定性因素，其中正極材料對鋰離子電池性能的提高起著至關(guān)重要的 作用。因此，開發(fā)高性能、廉價的正極材料對促進(jìn)新能源汽車及相關(guān)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重 要的意義。
[0003] 正極材料是影響鋰離子電池的能量密度、比能量、壽命等性能的最為關(guān)鍵的因素 之一。在現(xiàn)有的正極材料中，層狀結(jié)構(gòu)正極材料依然是主流。第一代層狀材料LiNiO 2的電 化學(xué)穩(wěn)定性好，循環(huán)性能優(yōu)異，但容量僅為其理論容量的50%，且存在著資源和安全性等重 大問題；LiNi02比容量最高，但合成困難，并存在較大的安全隱患；LiMnO 2熱穩(wěn)定性良好 且價格便宜，但是充放電過程中的明顯相變導(dǎo)致其循環(huán)穩(wěn)定性很差。多元層狀正極材料、 如LiNil/3Nil/3Mnl/3 02, LiNiO. 8A10. 202,綜合了現(xiàn)有層狀結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)勢，達(dá)到了 160 mAg/g的比能量，但是材料中的高Ni、Ni含量仍然存在成本、資源等問題，安全性、也是該 材料致命的缺點(diǎn)。尖晶石型的LiMn204因?yàn)楦甙踩?、廉價而受到動力電池的親昧，已得到 商業(yè)化的應(yīng)用，但是相對低的比能量或比功率成為這二個材料最致命的缺點(diǎn)，阻礙了這二 個材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0004] 鎳酸鋰作為二次鋰離子電池正極材料的候選材料之一，被認(rèn)為最有前途的鋰離子 二次電池正極材料，采用鎳鋰氧氧系正極材料，鋰離子二次電池的成本將比鋰鈷氧系有較 大的降低。但是，目前LiNiO2S用受到諸多不利因素的限制，主要包括：化學(xué)計(jì)量的LiNiO 2 難于合成，合成條件的微小變化會導(dǎo)致非化學(xué)計(jì)量的1^附02生產(chǎn)：非化學(xué)計(jì)量的LiNiO 2由 于鋰、鎳原子層內(nèi)原子位置的互換使電化學(xué)性能惡化，比容量顯著下降；首次循環(huán)約有20% 的不可逆容量；熱穩(wěn)定性差，不耐過沖等。所有這些都與其自身的晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，而晶 體結(jié)構(gòu)又與制備方法及工藝密切相關(guān)。因此，對常規(guī)鎳酸鋰進(jìn)行改性處理，從而提升LiNiO 2 正極材料容量的發(fā)揮，是提高材料性能的最有效的方法之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供工藝路線簡單，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，采用碳包覆一氧化 鎳工藝所制備的一種鋰離子正極材料LiNi02/C的合成方法。
[0006] 本發(fā)明包括以下步驟： 1)將一氧化鎳和有機(jī)碳源加水混合，球磨處理后噴霧造粒，得到的粉體在惰性氣氛中 預(yù)處理，得到碳包覆一氧化鎳粉體； 2 )將鋰源溶于水中，加入步驟1)得到的一氧化鎳粉體，然后球磨處理后噴霧造粒，得到 干燥粉體； 3)將步驟2)得到的干燥粉體在惰性氣氛中處理，再進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚?jīng)過氣流分級即 得到鋰離子正極材料LiNi02/C。
[0007] 步驟1)中，所述有機(jī)碳源可采用可溶于水的有機(jī)物中的一種，所述可溶于水的有 機(jī)物可選自葡萄糖、蔗糖、果糖、聚乙二醇、聚丙烯酸、殼聚糖等中的一種；所述球磨處理的 時間為5~IOh ;所述預(yù)處理的溫度為400~500°C，預(yù)處理的時間為5~8h。
[0008] 在步驟2)中，所述鋰源可采用水溶性鋰鹽醋酸鋰、氫氧化鋰中的一種；所述球磨 處理的時間為2~3h。
[0009] 在步驟1)和2)中，所述一氧化鎳、鋰源按元素摩爾數(shù)為n (Li) :n (Ni) =1.03~ 1. 07 ;在步驟1)中，所述有機(jī)碳源的質(zhì)量為一氧化鎳質(zhì)量的10%~15% ;在步驟1)和2)中， 所述水可采用無鹽水，其中步驟1)中水的加入量按質(zhì)量比為一氧化鎳的3~4倍，步驟2) 中水的加入量按質(zhì)量比為碳包覆一氧化鎳粉體質(zhì)量的3~4倍。
[0010] 在步驟1)和3)中，所述惰性氣氛可采用氮?dú)饣驓鍤獾取?br>[0011] 在步驟3)中，所述處理的溫度為500~600°C，處理的時間為10~20h ;所述高 溫?zé)崽幚淼臏囟葹?50~850°C，高溫?zé)崽幚淼臅r間為2~20h。
[0012] 與現(xiàn)有的鋰離子正極材料1^附02的合成方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：對合成原 料一氧化鎳首先進(jìn)行碳包覆，避免后期因高溫處理導(dǎo)致鎳酸鋰的團(tuán)聚，防止鎳酸鋰晶粒生 產(chǎn)過大，能有效地提高鋰離子在充放電過稱中的擴(kuò)散速率。采用了可溶于水的有機(jī)碳源，使 碳源更均勻包覆在粒子表面，有機(jī)物經(jīng)過燒結(jié)熱解后形成的電導(dǎo)率高納米碳包覆層，提高 了材料的導(dǎo)電性能，提升了鎳酸鋰的循環(huán)穩(wěn)定性。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、工作流程、使用方法達(dá)成目的與功效易于明 白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0014] 實(shí)施例1 按照n (Li) :n (Ni) =1. 03,稱取910醋酸鋰和1000 g -氧化鎳，按照一氧化鎳10%的 重量加入有機(jī)碳源葡萄糖l〇〇g，將一氧化鎳和葡萄糖加入加3L無鹽水混合均勻，球磨處 理8h，噴霧造粒，得到的粉體在惰性氣氛中于500 °C預(yù)處理7h，得到碳包覆一氧化鎳粉體。 將醋酸鋰溶于3. 5L無鹽水中，加入碳包覆一氧化鎳粉體攪拌均勻，球磨處理3h，噴霧造粒 得到干燥粉體。將該粉體加入到回轉(zhuǎn)爐中，在N2氣氛中650 °C燒結(jié)8h，再升溫至800 °C 燒結(jié)5h后，冷卻，過篩，氣流分級及得到產(chǎn)品。
[0015] 所得產(chǎn)品碳含量為1. 2%。
[0016] 實(shí)施例2 按照n (Li):n (Ni)=L07,稱取343g氫氧化鋰和1000 g -氧化鎳，按照一氧化鎳15% 的重量加入有機(jī)碳源蔗糖150g，將一氧化鎳和蔗糖加入加3. 5L無鹽水混合均勻，球磨處 理8h，噴霧造粒，得到的粉體在惰性氣氛中于500 °C預(yù)處理8h，得到碳包覆一氧化鎳粉體。 將氫氧化鋰溶于3. 5L無鹽水中，加入碳包覆一氧化鎳粉體攪拌均勻，球磨處理3h，噴霧造 粒得到干燥粉體。將該粉體加入到回轉(zhuǎn)爐中，在N2氣氛中600 °C燒結(jié)8h，再升溫至800 °C 燒結(jié)4h后，冷卻，過篩，氣流分級及得到產(chǎn)品。
[0017] 所得產(chǎn)品碳含量為1. 6%。
[0018] 實(shí)施例3 按照n (Li):n (Ni)=L05,稱取336g氫氧化鋰和1000 g -氧化鎳，按照一氧化鎳10% 的重量加入有機(jī)碳源聚乙二醇l〇〇g，將一氧化鎳和聚乙二醇加入加3. OL無鹽水混合均 勻，球磨處理3h，噴