[发明专利]一种高镍含量锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池正极材料的制备方法，尤其涉及一种高镍含量锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

能源、资源和环境等是人类面临的重要问题。随着工业的发展，人类赖以生存的家园——地球上的资源日益枯竭，能源危机日益严重。锂离子电池在保护环境和节约不可再生能源的背景下迅猛发展，现已涉及到日常生活、工业生产、军事国防、航空航天等各个领域。

随着科学技术的进步，人们对锂离子电池的要求也越来越高。一方面，人们需要使用时间更长、尺寸更小、重量更轻的锂离子二次电池，从而在保证其安全性和高能量比的同时，又能降低成本，以便满足诸如手机、笔记本电脑、数码“小配件”等设备的快速发展。但是，目前已经成熟的钴酸锂、锰酸锂和镍锰钴（532）三元材料难以满足其要求，如钴酸锂的克容量已达到150mAh/g，镍锰钴（532）三元材料的克容量也已达到157mAh/g，均已经接近其极限性能，继续增加其容量的可能性微乎其微。磷酸铁锂不仅会产生知识产权纠纷的问题，其制作过程中的一致性问题更是难以逾越的瓶颈。另一方面，电动汽车对锂离子电池提出了高比能量、高安全性、长寿命、低成本等方面的要求。针对这种情况，有必要研发出比锰酸锂、磷酸铁锂、镍锰钴（532）和钴酸锂等更为合适的锂离子正极材料，以满足电动汽车等发展的需要。

高镍材料是最有可能成为主导锂离子电池正极材料市场的材料。其价格比钴酸锂低得多，却具有比上述正极材料高得多的容量特性，且主成分是镍，其它贵金属元素含量低，如果仅用它在钴酸锂的应用领域取代钴酸锂，就可大大节约原材料成本及战略性资源钴，社会效益和经济效益显著。但是，高镍材料合成条件苛刻，不仅对合成气氛要求严格，合成温度范围狭窄，合成时很难全部得到具有电化学活性的α-NaFeO₂型层状晶体结构的镍基正极材料。合成时，二价镍很难被氧化成三价镍而生成化学计量比的材料，通常都会有少量的二价镍占据三价镍的晶格点，同时为补充电荷平衡，等量的二价镍也会进入锂层，导致阳离子的混排，使电容量和稳定性降低。因此，合成高镍材料的种种困难制约了其发展速度，到目前为止还没有规模化的生产和应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种对设备要求低、自动化程度高、操作简单、对环境友好、适合工业化生产的高镍含量锂离子电池正极材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种高镍含量锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）前驱体预处理：将合成（现有方法）的高镍前驱体进行煅烧，煅烧过程中通入非还原性气体（一般是干燥的气体，优选干燥空气或氧气），得高价镍的氧化物，该步骤主要是为了对前驱体进行脱水、除杂和预氧化处理，使其生成高价镍的氧化物，去除其中的水和其它杂质，并且使各主金属通过高温扩散分布均匀；

（2）混料：用下述a或b任意一种方式进行混料：

a. 湿法混料：将高价镍的氧化物与锂源溶液（通常是锂源水溶液）调浆后进行喷雾干燥，然后真空处理（真空处理的主要目的是脱水、除杂等），得混合料；

b. 干法混料：将锂源粉体真空处理后与高价镍的氧化物进行混合，得混合料； 

（3）烧结：将混合料在氧气气氛下（其他能提供纯氧原子且不带入其他杂质原子的气体均可）进行分段烧结，得高镍含量锂离子电池正极材料。

上述方法中，所述高价镍的氧化物中总金属摩尔量与所述锂源中锂的摩尔量的比值为1∶1.0～1.3。

上述方法中，所述煅烧条件优选为：温度为200℃～700℃，时间为5h～15h。

上述方法中，优选的，所述喷雾干燥时喷雾塔内的压力为-80kPa～-50kPa，进口温度为300℃～400℃，出口温度为110℃～150℃。

上述方法中，所述干法混料中锂源粉体的粒度优选在150μm以下。

上述方法中，优选的，所述湿法混料或干法混料中真空处理的温度为50℃～300℃，时间为3h～15h，真空度为-100kPa～-50kPa。

上述方法中，优选的，所述分段烧结包括一次烧结和二次烧结，所述一次烧结的温度为350℃～650℃，保温时间为3h～15h，所述二次烧结的温度为650℃～850℃，保温时间为10h～35h。

上述方法中，所述锂源优选为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂中的一种或多种。

上述方法中，所述高镍前驱体中镍的摩尔量占总金属摩尔量的比值优选≥70%。