[发明专利]锂-金属复合氧化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备具有结晶稳定性及高密度特性的锂-金属复合 氧化物的新方法。本发明还涉及一种包括由所述方法制备的锂-金属复合 氧化物的电极，以及一种电化学装置，该电化学装置包括所述电极，从 而表现出高电容量及长循环寿命的特性。

背景技术

近来，随着电气与电子装置移动性及便携性的增强，对二次电池的 需求也迅速增加。锂二次电池是在20世纪90年代初期由日本索尼公司 (Sony Corp.)开始工业化生产，并占据了便携电话及笔记本电脑的主 要市场，这是因为这种锂二次电池与之前的镍镉(Ni-Cd)及镍氢(Ni-MH) 电池相比具有轻质及高电容量的优点。近来，这种锂二次电池已被更多 地应用于电动工具、电动自行车、电动踏板车、游戏机、无线清洁器、 服务机器人、混合动力车等中使用的高输出、大电容量的电池中。

锂离子二次电池通常使用钴酸锂(LiCoO₂)作为阴极活性材料，用 碳作为阳极活性材料，用六氟磷酸锂作为电解质。已知的阴极活性材料 包括具有层状结构的钴酸锂(LiCoO₂)与镍酸锂(LiNiO₂)，以及具有尖 晶石结构的锰酸锂，但出于商业目的实际大都使用钴酸锂。然而，因为 作为主要成分的钴不但供需不稳定，而且价格昂贵，所以用其它过渡金 属例如镍和锰部分地代替钴所获得的材料，或者含少量或不含钴的尖晶 石型锰酸锂等开始用于商业领域。并且已开发出即使在高电压下仍表现 出高结构稳定性的新化合物、或用其它金属氧化物对现有阴极材料进行 掺杂或涂覆以改善其稳定性所获得的材料。

在制备阴极活性材料的现有方法中，最为广泛所知的方法包括干式 煅烧法(dry calcinations method)和湿式沉淀法(wet precipitation method)。根据干式煅烧法制备阴极活性材料的方法为，将一种过渡金 属例如钴(Co)的氧化物或氢氧化物与作为锂源的碳酸锂或氢氧化锂在 干燥状态下混合，接着将该混合物在700-1000℃高温下煅烧5-48小时。 因为干式煅烧法是经常使用的常规技术，故具有易于实施的优点。然而， 该技术的缺点在于，由于原料不易混合均匀，难以获得单相产物，且在 由两种或更多种过渡金属组成多组分阴极活性材料的情况中，难以将两 种或更多种元素在原子等级均匀排列。并且，如果使用用特定金属成分 掺杂或代替阴极活性材料以改善其电化学性能的方法，亦存在加入的少 量特定金属成分难以混合均匀的问题，且研磨或筛分以获得所需尺寸颗 粒的过程中必然发生特定金属的损失。

另一种制备阴极活性材料的常规方法为湿式沉淀法。根据湿式沉淀 法制备阴极活性材料的方法为，将含有过渡金属例如钴(Co)的盐溶解 于水中，在该溶液中加入碱使过渡金属以过渡金属氢氧化物的形式沉淀， 过滤并干燥该沉淀，在干燥状态下将该干燥的材料与作为锂源的碳酸锂 或氢氧化锂混合，然后将该混合物在700-1000℃高温下煅烧1-48小时。 已知该湿式沉淀法通过使两种或更多种过渡金属元素共沉淀而易于得到 均一的混合物，但其存在的问题在于沉淀反应所需时间长、实施过程复 杂、以及会产生废酸副产物。此外，各种方法，包括溶胶-凝胶法、晶体 生长水热法、喷雾热解法、及离子交换法，均可作为制备锂二次电池阴 极活性材料的方法。