[发明专利]一种通过还原过程制备富锂固溶体正极材料的方法

权利要求书

1.一种通过还原过程制备富锂固溶体正极材料的方法,其特征在于制备过程由以下步骤组成:

(1)按照锂离子、镍离子、锰离子、钴离子、还原剂摩尔比为(1+x) : (1-x)·y : (x+z-x·z) : (1-x) ·k : q  分别称取锂的化合物、镍的化合物、锰的化合物、钴的化合物、还原剂；其中，x、y、z、k、q的取值范围同时满足以下关系：0.15≤x≤0.60, 0.05≤y≤0.45, 0.1≤z≤0.51, 0.05≤k≤0.60, 0.01≤q≤(x+z-x·z) , -0.1≤ (2·(1-x)·y + 4·(x+z-x·z) + 3·(1-x) ·k-x-3) ≤0.1；反应物总重量是锂的化合物、镍的化合物、锰的化合物、钴的化合物及还原剂的总重量；按照反应物总重量与湿磨介质重量比在5:75至5:1范围称量湿磨介质；

(2)将还原剂与湿磨介质混合，再混入称取的镍的化合物、锰的化合物和钴的化合物，湿磨混合1小时～15小时，加入氨水使溶液酸度落在pH 10至pH 13.5之间，加入称取的锂的化合物，湿磨混合1小时～15小时制备包含沉淀物的反应混合溶液；将制备的包含沉淀物的反应混合溶液在40℃至95℃陈化2小时至24小时得到前驱物1；将前驱物1用真空干燥或喷雾干燥的方法制备干燥的前驱物2；将前驱物2置于空气、富氧气体或纯氧气氛中,采用两段烧结法或者两次分段烧结法制备组成为xLi₂MnO₃·(1-x)Li[Ni_yMn_zCo_k]O₂的富锂固溶体正极材料；

所述的两次分段烧结法如下进行:将前驱物2置于空气、富氧气体或纯氧气氛中，在300℃～550℃温度区间的任一温度烧结3小时～15小时,冷却至室温制得母体预烧料；将母体预烧料粉碎及过筛，再次置于空气、富氧气体或纯氧气氛中,在800℃～1050℃温度区间的任一温度烧结3小时～24小时,制备富锂固溶体正极材料；

所述的两段烧结法如下进行:将前驱物2置于空气、富氧气体或纯氧气氛中，在300℃～550℃温度区间的任一温度烧结3小时～15小时,接着置于空气、富氧气体或纯氧气氛的烧结炉中，于800℃～1050℃温度区间的任一温度烧结3小时～24小时,制备富锂固溶体正极材料；

所述的还原剂为联氨、水合肼、羟胺、盐酸羟铵、硼氢化钠、硼氢化钾、三氯化钛、维生素C、二甲胺硼烷、二乙基胺硼烷或二氧化硫脲。

2.根据权利要求1所述的一种通过还原过程制备富锂固溶体正极材料的方法,其特征在于所述的锂的化合物是氢氧化锂、草酸锂、硝酸锂、碳酸锂、硫酸锂、乙酸锂、柠檬酸锂、甲酸锂、碘化锂、氯化锂或氧化锂。

3.根据权利要求1所述的一种通过还原过程制备富锂固溶体正极材料的方法,其特征在于所述的镍的化合物是氢氧化镍、草酸镍、硝酸镍、碳酸镍、柠檬酸镍、碱式碳酸镍、乙酸镍、甲酸镍或氯化镍。

4.根据权利要求1所述的一种通过还原过程制备富锂固溶体正极材料的方法,其特征在于所述的锰的化合物是草酸锰、硝酸锰、硫酸锰、乙酸锰、甲酸锰或氯化锰。

5.根据权利要求1所述的一种通过还原过程制备富锂固溶体正极材料的方法,其特征在于所述的钴的化合物是氢氧化钴、草酸钴、硝酸钴、碳酸钴、柠檬酸钴、碱式碳酸钴、乙酸钴、甲酸钴或氯化钴。

6.根据权利要求1所述的一种通过还原过程制备富锂固溶体正极材料的方法,其特征在于所述的真空干燥是将前驱物1在80℃～280℃温度区间的任一温度，在介于10Pa ～ 10132Pa压力的真空下干燥，制备前驱物2。

7.根据权利要求1所述的一种通过还原过程制备富锂固溶体正极材料的方法,其特征在于所述的喷雾干燥是在110℃～280℃温度区间的任一温度，采用喷雾干燥机制备干燥的前驱物2。

8.根据权利要求1所述的一种通过还原过程制备富锂固溶体正极材料的方法,其特征在于所述的湿磨介质为去离子水、蒸馏水、乙醇、丙酮、甲醇或甲醛。

9.根据权利要求1所述的一种通过还原过程制备富锂固溶体正极材料的方法,其特征在于所述的富氧气体是氧气体积含量大于21%且小于100%的气体。

10.根据权利要求1所述的一种通过还原过程制备富锂固溶体正极材料的方法,其特征在于所述的湿磨的设备包括普通球磨机、超能球磨机或湿磨机。