[发明专利]镍钴锰酸锂的共沉淀－燃烧合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的合成方法，特别是LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂的共沉淀-燃烧合成方法。

背景技术

现有的商业锂离子电池绝大多数用钴酸锂作正极材料。这种材料虽然具有容易合成、性能稳定和容量较高等优点，但其合成所需的钴存在价格昂贵、毒性较大、资源匮乏等严重缺点。开发少钴或无钴的正极材料成为锂离子电池正极材料发展的一个方向。

LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂是近几年发展起来的最有希望取代钴酸锂的新型正极材料之一。目前，合成LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂的方法主要有共沉淀法、溶胶-凝胶法、乳液法、高温固相法和燃烧法等，其中共沉淀法是合成均相LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂普遍使用的方法，该方法合成温度较低，能够得到球形或类球形的颗粒，但由于很难通过某种沉淀剂使过渡金属离子完全沉淀下来，在过滤、洗涤过程中易造成过渡金属离子的损失，且现有的共沉淀法合成前驱体需要在气氛保护下进行，搅拌速度、pH值、溶液的浓度等对合成产物的电化学性能影响较大，对设备要求高，很难工业化生产。高温固相法对设备要求低，但由于原料混合无法达到分子水平的均匀性，一般需要在较高温度下长时间恒温煅烧，生产能耗较大，合成的正极材料颗粒无规则，且容易出现杂相，难以合成均相LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂；燃烧法工艺简单，对设备要求低，合成时间短，但合成产物颗粒无规则，易产生NiO等杂质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单，合成时间短、合成温度低、适合于工业化生产球形或类球形锂离子电池正极材料的方法，即LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂的共沉淀-燃烧合成方法，合成的产物具有α-NaFeO₂型层状结构。

本发明的具体步骤为：

1)以镍、钴、锰的醋酸盐或硝酸盐为过渡金属源，按摩尔比为n(Ni)∶n(Co)∶n(Mn)＝x∶y∶(1-x-y)，0＜x＜1，0≤y＜0.5，x+y＜1；准确称量物料，加入适量蒸馏水制成镍、钴、锰的混合醋酸盐或混合硝酸盐水溶液；

2)以氨水为络合剂，将浓度为1～5M的氨水加入到上述溶液中，制成络合溶液，氨水的用量为摩尔比n(NH₃H₂O)∶n(Ni+Co+Mn)＝1～7∶1，控制pH值在5～9之间；

3)向上述络合溶液中加入沉淀剂H₂C₂O₄、(NH₄)₂C₂O₄、(NH₄)₂CO₃或NH₄HCO₃，沉淀剂的用量为摩尔比n(C₂O₄^2-)或n(CO₃^2-)∶n(Ni+Co+Mn)＝1.05～1.2∶1，使之在25～80℃，搅拌速度为300-1000r/min水浴反应器中反应0.5～5小时，得到Ni-Co-Mn的复合碳酸盐或复合草酸盐；

4)用氨水调节上述含Ni-Co-Mn复合碳酸盐或复合草酸盐的悬浮液的pH＝7～9，在100℃下烘干，得到Ni-Co-Mn的复合碳酸盐或草酸盐与醋酸铵或硝酸铵的混合物；

5)以硝酸锂或醋酸锂作锂源，按摩尔比n(Li)∶n(Ni+Co+Mn)＝1.05～1.15∶1，准确称量硝酸锂或醋酸锂，加入到上述混合物中，并加入少量水或乙醇调成流变相态；

7)将上述呈流变相态的物料置于加热到400～600℃的并恒温的电炉中，使之发生自蔓延燃烧反应，得到合成产物；

8)将上述燃烧反应合成产物在700～1200℃回火处理10～25小时，得到具有良好层状结构和电化学性能的锂离子电池正极材料。