[发明专利]一种锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

随着化石能源的紧缺和工业化的发展，能源匮乏和环境污染的压力日益严重，寻找清洁能源和研发新的节能制备方法势在必行。

锂离子电池作为一种新型的绿色能源，广泛应用于手机，数码相机，笔记本电脑等便携式电子设备，其中，正极材料是影响锂离子电池性能最为关键的部分，其成本在锂离子电池中最高，因此，提高正极材料的性能并降低正极材料的成本是提升锂离子电池性能，降低成本的关键环节。

目前，最常用的锂离子电池正极材料为钴酸锂或对其进行掺杂和/或表面包覆改性的产品。

合成锂离子电池正极材料的方法主要有高温固相法和液相法。高温固相法为将固相的反应原料混合后在高温下煅烧，而液相法为将反应原料或部分原料溶解于溶剂中，使原料充分混合后，再进行煅烧处理。

由于固相合成法制备工艺简单，原料来源广，成本低，并且对设备的要求不高，因此，工业上合成锂离子电池正极材料通常选用固相合成法，但相对液相法而言，高温固相法中的原料混合均匀程度较低，而且固-固相间离子扩散速率缓慢，需要长时间(10～30h)的高温煅烧，因此能耗大；而液相法制得的产物化学纯度高，均匀性好，而且其热处理温度较低，反应时间短，但是其在合成过程中需要加入大量的有机化合物，会造成生产成本增加。

目前，现有技术中存在以低温熔融盐作为反应介质的制备方法，如中国专利CN102324504B，公开了一种表面包覆钴酸锂的锂离子电池正极材料及其制备方法，该方法以钴酸锂化合物为基体，使用碱金属与碱土金属卤化物、硝酸盐、硫酸盐中的一种或几种的混合物为熔融介质，以其它化合物作为包覆物，对钴酸锂进行包覆改性，该方法需要在反应体系中额外加入熔盐，不可避免地在产物中有残留，而对最终产品的性能造成不良影响。

因此，亟待开发一种生产成本低，产物电化学性能优良的合成锂离子电池正极材料的方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：硝酸锂与氢氧化锂在特定配比下的混合物，其熔点低，能够在较低温度下形成共熔融盐。该共熔融盐作为反应的锂源和熔剂，其与钴源化合物即可在熔融相的条件下进行固-液混合，进而提高原料的混合均匀度和离子扩散速度，降低反应的热处理温度和煅烧时间，提高产品的均匀度，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

第一方面，本发明提供一种下式所示锂离子电池正极材料的制备方法，

LiCo_1-x-yM_xA_yO_2-zQ_z

其中，

M选自元素Y、Ce、Mo、Nb、V、Zn、Ni、Mn、Mg、Al、Ti、Cr和Zr；

A选自元素Y、Ce、Mo、Nb、V、Zn、Ni、Mn、Mg、Al、Ti、Cr和Zr；

M和A相同或不同；

Q选自元素F，Cl，Br和P；且，

0<x≤0.3，0<y≤0.2，0≤z≤0.2，

其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将锂源、钴源、含M化合物、含A化合物和含Q化合物均匀混合，使得其中元素锂、钴、M、A和Q的摩尔比为Li:Co:M:A:Q＝(1～1.1):(1-x-y):x:y:z，将该混合物在200～600℃条件下保温1～5h，再升温至800～1100℃煅烧2～20h，制得块状料，其中，

所述锂源为包含LiNO₃、LiOH以及任选的其他含锂化合物的组合物，其中，

LiOH为LiOH、LiOH·H₂O及其组合，且，

以元素Li计，基于锂源中元素Li的总摩尔量，LiNO₃中Li摩尔量与LiOH中Li摩尔量之和所占的摩尔分数为50％～100％，优选为60～95％，更优选为80～90％，如85％，

所述其他含锂化合物选自碳酸锂、氟化锂、溴化锂、氯化锂、醋酸锂、磷酸二氢锂、磷酸锂及其组合；

所述钴源物质选自四氧化三钴、氧化亚钴、碳酸钴、乙酸钴、草酸钴、氢氧化钴、羟基氧化钴及其组合，优选为四氧化三钴和氢氧化钴；

所述含M化合物选自M的氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、碳酸盐、乙酸盐、氟化物、氯化物、溴化物、磷酸盐、磷酸二氢盐及其任意组合；