[发明专利]气体氧化-酸液联合处理制备富锂固溶体正极材料的方法

权利要求书

1.气体氧化-酸液联合处理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、钴离子摩尔比为(1+x) : (1-x)·y : (x+z-x·z) : (1-x) ·k分别称取锂的化合物、镍的化合物、锰的化合物和钴的化合物； x、y、z和k的取值范围同时满足以下关系：0.15≤x≤0.60, 0.05≤y≤0.45, 0.125≤z≤0.75, 0.05≤k≤0.45, -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、锰的化合物及钴的化合物的总重量；按照反应物总重量与湿磨介质的重量比在5: 1～75范围称量湿磨介质；

(2)在湿磨介质中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 14之间，加入锂的化合物，湿磨混合1小时～24小时，制备包含沉淀物的反应混合溶液；将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；在湿磨和陈化过程中通入氧化性气体，将前驱物1中的二价锰氧化为三价锰；

将前驱物1用加热干燥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, 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在800℃～1050℃温度区间的任一温度烧结3小时～24小时,制备前驱物3；

(3)将前驱物3与前驱物3的2倍至20倍体积的稀酸或酸式盐溶液在10℃～90℃温度区间的任一温度搅拌混合2小时至15小时，过滤和洗净稀酸或酸式盐的沉淀物先置于120℃～150℃温度区间的任一温度下常压加热干燥，再于200℃～430℃温度区间的任一温度烧结2小时至15小时制得富锂固溶体正极材料。

2.根据权利要求1所述的气体氧化-酸液联合处理制备富锂固溶体正极材料的方法,其特征在于所述的氧化性气体是空气、氧气、臭氧、氯气、氟气、二氧化氮或光气，或者是以上两种氧化性气体任意体积比的混合气体。

3.根据权利要求1所述的气体氧化-酸液联合处理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；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；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；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。

4.根据权利要求1所述的气体氧化-酸液联合处理制备富锂固溶体正极材料的方法,其特征在于所述的加热干燥方法是真空干燥或喷雾干燥或常压加热干燥；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压力下真空干燥，制备前驱物2；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；所述的常压加热干燥是将前驱物1在150℃～280℃温度区间的任一温度加热干燥，制备前驱物2。

5.根据权利要求1所述的气体氧化-酸液联合处理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或蒸馏水，或者是乙醇、甲醇或甲醛与去离子水或蒸馏水体积比在10：1～100范围的溶液；所述的富氧气体是氧气体积含量大于21%且小于100%范围的空气气体。

6.根据权利要求1所述的气体氧化-酸液联合处理制备富锂固溶体正极材料的方法,其特征在于所述的湿磨设备包括普通球磨机、超能球磨机或湿磨机。

7.根据权利要求1所述的气体氧化-酸液联合处理制备富锂固溶体正极材料的方法,其特征在于所述的稀酸溶液是浓度在0.01mol/L～3mol/L范围的硝酸、盐酸、醋酸或硫酸溶液；所述的酸式盐溶液是浓度在0.01mol/L～3mol/L碳酸铵、磷酸铵、碳酸氢铵、硝酸铵或醋酸铵溶液。