[发明专利]一种纳米级锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能源材料制备工艺领域，涉及一种制备纳米级锂离子电池正极材料LiMO₂(M＝Co、Ni、Mn)的新方法。

背景技术

随着电子技术的不断发展，电子器件不断趋于小型化、轻量化和高性能化的方向发展，这就要求供电系统向高能量、小体积方向发展。

Li离子二次电池商品化以来以其高的平台电压、高能量密度、高循环寿命的特点得到广泛的应用。过渡金属复合氧化物LiMO₂(M＝Co、Ni、Mn)相对于锂具有4V及以上的电极电位，被广泛应用于各个领域。当前上述过渡金属复合氧化物的合成多通过传统的高温固相法合成，采用含锂化合物与过渡金属化合物混合研磨，经700-1000℃高温烧结得到该类正极材料。此方法存在诸多不足：1、生产周期长，无论是研磨还是烧结过程都需较长时间；2、能耗高，恒温时间长，烧结温度高导致能耗较高；3、温度高恒温时间长导致锂的挥发较大，不能精确限定元素配比；4、所得样品颗粒一致性差、粒度分布不集中；5、混料和后处理过程中需进行研磨，容易引入杂质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备纳米级锂离子电池正极材料LiMO₂的新方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种制备纳米级锂离子电池正极材料的方法，所述的正极材料为LiMO₂，其中M＝Ni、Co、Mn，其特征在于：按Li/M摩尔比为1∶1，将含Li和M元素化合物溶于去离子水中充分搅拌得到均匀混合溶液，向此混合溶液中加入2-5倍上述全部金属离子物质的量总和的沉淀剂溶液后移入水浴锅中加热，充分反应后得到LiMO₂沉淀，经过滤、洗涤、喷雾干燥后在空气中经高温烧结即得到一次粒子粒径在纳米量级的LiMO₂正极材料。

所述含Li化合物为醋酸锂、硝酸锂、硫酸锂或卤化锂。

所述含M元素化合物为硝酸钴、草酸钴、乙酸钴、硝酸镍、乙酸镍、硫酸镍、硝酸锰或乙酸锰。

所述沉淀剂选用尿素。

所述混合溶液在水浴锅中的加热温度为85℃-100℃。

所述沉淀采用去离子水洗涤，去离子水与沉淀的体积比大于2∶1，洗涤次数在2次以上。

喷雾干燥过程中进口温度优选165℃-200℃。

所述干燥产物的烧结温度为600℃-900℃，烧结时间至少6小时。

本发明采用共沉淀与喷雾干燥相结合的方法制备出一次粒子为纳米量级的球聚体结构过渡金属复合氧化物。该工艺方法采用液相混合反应物的方法，实现各元素间分子量级的混合，独特选用尿素作为沉淀剂，水浴加热时在反应溶液体系中形成OH^-1分子团，较外部滴加式沉淀剂，OH^-1分子团分布更均匀所得沉淀粒径一致性更好纳米颗粒，纳米级的过渡金属复合氧化物可有效缩短Li离子的有效传输路径。通过喷雾干燥的方法使沉淀物形成微米级球聚体结构解决了纳米颗粒不易涂覆的问题，增加了材料的振实密度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明采用共沉淀与喷雾干燥相结合的方法制备一次粒子为纳米量级的球聚体结构过渡金属复合氧化物LiMO₂(M＝Co、Ni、Mn)，各有效组分混合更均匀、反应物活性更高降低了反应温度和反应时间、所得产物为纳米级、粒度分布均匀，无需后处理可加工性能优良。

附图说明

图1是实施例1所得球聚体结构样品的SEM(扫描电子显微镜)图像。

图2是对球聚体表面放大形貌图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做详细描述，下述实施例仅用于说明本发明，但并不用于限定本发明的实施范围。

实施例1：按Li/Co摩尔比为1∶1，分别将硝酸锂、硝酸钴溶解于去离子水中，并将上述溶液混合均匀，在此混合溶液中加入2倍上述全部金属离子物质的量之和的尿素溶液作为沉淀剂后移入水浴锅中95℃恒温加热，充分反应后得到LiCoO₂前驱体沉淀，过滤后用3倍于沉淀物体积的去离子水洗涤3次后，配置成悬浊液进行喷雾干燥，进料口温度设为180℃，所得干燥后的前驱体在空气中850℃烧结6小时即得到图1、图2所示的一次粒子粒径在纳米量级的球聚体结构LiCoO₂正极材料。