專利名稱：一種制備納米級鋰離子電池正極材料的方法
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 LiNixCoyMnzO2(x+y+z = 1)的新方法。
背景技術(shù)：
層狀三元材料Li-Ni-Co-Mn-O具有高比容量、成本較低、循環(huán)性能穩(wěn)定、安全性好 等優(yōu)點，并且可以有效彌補了 LiCo02、LiNi02、LiMn02各自的不足，因此三元材料的開發(fā)成為 正極材料領(lǐng)域的研究熱點。當(dāng)前合成三元體系的工藝路線是采用高溫固相法，通過機械手 段細化混合后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)獲得該類正極材料，高溫固相法因設(shè)備和工藝簡單，易于產(chǎn)業(yè)化 在材料制備領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛，但機械混合均勻度有限不利于個有效元素混合均勻在燒結(jié)過 程中形成性質(zhì)均一的固溶體影響材料性能功能、粒度分布不集中、機械細化和混合過程中 易引入雜質(zhì)、為實現(xiàn)個有效元素充分?jǐn)U散需要較高的反應(yīng)溫度和較長反應(yīng)時間能耗較大。

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 LiNixCoyMnzO2(x+y+z = 1)的方法。為了實現(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，所述正極材料是LiNixCoyMnzO2(x+y+z = 1)，其特征在于按摩爾比 Li (Ni+Co+Mn) = 1 1，分別將含Li元素和含Ni、Co、Mn中2_3種元素的各化合物溶 于去離子水中充分?jǐn)嚢璧玫骄鶆蚧旌先芤海虼嘶旌先芤褐屑尤?-5倍全部金屬離子物質(zhì) 的量之和的沉淀劑溶液后移入水/油浴鍋中加熱，充分反應(yīng)后得到LiNixCoyMnzO2 (x+y+z = 1)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 LiNixCoyMnzO2(x+y+z = 1)正極材料。所述含Li化合物在醋酸鋰、硝酸鋰、硫酸鋰、商化鋰中選擇。所述含Ni、Co、Mn元素化合物在硝酸鈷、草酸鈷、乙酸鈷、硝酸鎳、乙酸鎳、硫酸鎳、 硝酸錳、乙酸錳中選擇。所述沉淀劑選用氨水、碳酸銨或尿素。所述混合溶液在水/油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。噴霧干燥過程中進口溫度優(yōu)選165°C -200°c。所述干燥產(chǎn)物的燒結(jié)溫度為750°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)LiNixCoyMnzO2 (x+y+z = 1)。該工藝方法采用液相混合反應(yīng)物的方法，實現(xiàn)各元素間 分子量級的混合，獨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Off1分子 團，較外部滴加式沉淀劑，OF1分子團分布更均勻所得沉淀粒徑一致性更好納米顆粒，納米級的LiNixCoyMnzO2(x+y+z = 1)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，增加了材料的振實密度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(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)α-NaFeO2S鋰離子電池用 LiNixCoyMnzO2 (x+y+z = 1)正極材料，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是實施例1所得樣品的SEM(掃描電子顯微鏡)圖像。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明做詳細描述，下述實施例僅用于說明本發(fā)明，但并不用于限定本發(fā)明的實施范圍。實施例1 分別將硝酸鋰、硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸錳溶解于去離子水中形成均相溶 液，其中Li Ni Co Mn摩爾比為1 0. 3 0. 4 0. 3，將上述溶液混合后充分?jǐn)嚢瑁?向上述混合溶液中加入2倍全部金屬離子物質(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LiNia 3Co0.4Mn0.302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，將懸濁液進行噴霧干燥進料口溫度設(shè)為180°C，所得干燥后 的前驅(qū)體在空氣中850°C燒結(jié)10小時即得到圖1所示的一次粒子粒徑在納米量級的球聚體 結(jié)構(gòu) α -NaFeO2 型 LiNia3Coa4Mna3O2 正極材料。實施例2 分別將硝酸鋰、乙酸鎳、草酸鈷、硝酸錳溶解于去離子水中形成均相溶 液，其中Li Ni Co Mn摩爾比為1 0. 2 0. 6 0. 2，將上述溶液混合后充分?jǐn)?拌，向上述混合溶液中加入3倍全部金屬離子物質(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LiNia2Coa6Mna2O2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，將懸濁液進行噴霧干燥進料口溫度設(shè)為165°C，所得干 燥后的前驅(qū)體在空氣中900°C燒結(jié)6小時即得到一次粒子粒徑在納米量級的球聚體結(jié)構(gòu) α -NaFeO2 型 LiNia3Coa4Mna3O2 正極材料。實施例3 分別將硝酸鋰、硫酸鎳、草酸鈷、硝酸錳溶解于去離子水中形成均相溶 液，其中Li Ni Co Mn摩爾比為1 0. 4 0. 2 0. 4，將上述溶液混合后充分?jǐn)?拌，向上述混合溶液中加入3倍全部金屬離子物質(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LiNia4Coa2Mna4O2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5次后，將懸濁液進行噴霧干燥進料口溫度設(shè)為165°C，所得干 燥后的前驅(qū)體在空氣中750°C燒結(jié)15小時即得到一次粒子粒徑在納米量級的球聚體結(jié)構(gòu) α -NaFeO2 型 LiNia4Coa2Mna4O2 正極材料。實施例4 分別將硫酸鋰、硫酸鎳、草酸鈷溶解于去離子水中形成均相溶液，其中 Li Ni Co摩爾比為1 0.5 0.5，將上述溶液混合后充分?jǐn)嚢?，向上述混合溶液中?入4倍全部金屬離子物質(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LiMa5Coa5O2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5次后，將懸濁液進行噴霧干燥進料口溫度設(shè)為200°C，所得干燥后的前驅(qū)體在空氣中800°C 燒結(jié)8小時即得到一次粒子粒徑在納米量級的球聚體結(jié)構(gòu)α -NaFeO2型LiNia5Coa5O2正極 材料。 實施例5 分別將醋酸鋰、硝酸錳、草酸鈷溶解于去離子水中形成均相溶液，其中 Li Mn Co摩爾比為1 0.5 0. 5，將上述溶液混合后充分?jǐn)嚢?，向上述混合溶液中?入5倍全部金屬離子物質(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LiMna5Coa5O2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，將懸濁液進行噴霧干燥進料口溫度設(shè)為200°C，所得干燥后的前驅(qū)體在空氣中800°C 燒結(jié)8小時即得到一次粒子粒徑在納米量級的球聚體結(jié)構(gòu)α -NaFeO2型LiMna5Coa5O2正極 材料。
權(quán)利要求
一種制備納米級鋰離子電池正極材料的方法，所述正極材料是LiNixCoyMnzO2(x+y+z＝1)，其特征在于按摩爾比Li∶(Ni+Co+Mn)＝1∶1，分別將含Li元素和含Ni、Co、Mn中2-3種元素的各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倍全部金屬離子物質(zhì)的量之和的沉淀劑溶液后移入水/油浴鍋中加熱，充分反應(yīng)后得到LiNixCoyMnzO2(x+y+z＝1)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LiNixCoyMnzO2(x+y+z＝1)正極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種制備納米級鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于所 述含Li化合物在醋酸鋰、硝酸鋰、硫酸鋰、商化鋰中選擇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種制備納米級鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于所 述含Ni、Co、Mn元素化合物在硝酸鈷、草酸鈷、乙酸鈷、硝酸鎳、乙酸鎳、硫酸鎳、硝酸錳、乙 酸錳中選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種制備納米級鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于所 述沉淀劑選用氨水、碳酸銨或尿素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種制備納米級鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于所 述混合溶液在水/油浴鍋中的加熱溫度為85°C -100°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種制備納米級鋰離子電池正極材料的方法，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所述一種制備納米級鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于噴 霧干燥過程中進口溫度優(yōu)選165°C -200°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種制備納米級鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于所 述干燥產(chǎn)物的燒結(jié)溫度為750°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，所述的正極材料是LiNixCoyMnzO2(x+y+z＝1)，將含Li和含有Ni、Co、Mn元素的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?油浴鍋中加熱，充分反應(yīng)后得到LiNixCoyMnzO2(x+y+z＝1)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LiNixCoyMnzO2(x+y+z＝1)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)α-NaFeO2型鋰離子電池用LiNixCoyMnzO2(x+y+z＝1)正極材料，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H01M4/1391GK101867039SQ20101020578
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:彩虹集團公司