[发明专利]喷雾干燥法制备锂离子电池活性材料超细粉的方法

说明书

本发明涉及一种喷雾干燥法制备锂离子电池活性材料超细粉的方法，属材料科学技术领域。

在现代信息社会里，伴随着移动通讯和移动计算的飞速发展，GSM(GlobalSystem for Mobile Communication)、DECT(Digital European Cordless)、PHC(Personal Handy Computer)等产品空前活跃，使得人们对于高性能化学电源的要求日益突出。锂离子电池由于具有输出电压高、能量密度大、循环寿命长、无记忆效应等的优点，因此自九十年代以来一直成为研究与开发的热点。

锂-过渡金属复合氧化物，如LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄和LiV₃O₈等，都是性能优异的锂离子电池正极活性材料。以Sn为主的过渡金属复合氧化物，由于Li⁺的插入电势较低，是近年来涌现出来的性能优异的锂离子电池负极材料。这类复合氧化物都具备了拓扑化学反应的特征：在充电的过程中，Li⁺从复合氧化物中脱出嵌入负极材料中；在放电过程则与之相反。当其中Li⁺的浓度在一定范围变化时，由于过渡金属的多价性，不会影响化合物结构与形貌的变化。

目前，制备锂离子电池活性材料的方法很多，如固相反应法、共沉淀法、溶胶凝胶法等。一般，传统的合成方法均采用固相反应法，其特点是反应物通过多次反复的研磨、粉碎、烧结获得活性材料，有的还需要通过造粒或压片等辅助工艺。烧结的过程也是比较长的，一般需要12～96小时，甚至更长的时间。

本发明的目的是提出一种喷雾干燥法制备锂离子电池活性材料超细粉的方法，通过喷雾干燥法(Spray Drying，简称SD法)，在较短的时间内、较低的烧结温度下和较简单的工艺条件下获得均匀无杂相的超细锂离子电池活性材料。

本发明提出的喷雾干燥法制备锂离子电池活性材料超细粉的方法中所制备的锂离子电池活性材料为正极材料和负极材料，正极材料的分子式为：LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₄中的任何一种，负极材料的分子式为：SnMnO₂或SnB_0.5P_0.5O₃，其制备方法包括下列各步骤：

(1)原料准备：以化学计量比称量所需制备产品的原料，并将其混合；

(2)溶液配置：上述的混合物加入去离子水，配成0.05～1.0mol/l的溶液，并加入一定量的高分子化合物作为增稠剂，质量百分比为5～30％，增稠剂为聚乙二醇、聚丙烯酸或聚乙烯醇中的任何一种；

(3)喷雾干燥：将配成的溶液经喷雾干燥得到混合粉体，用气流式喷雾干燥器干燥，采用并流干燥方式，雾化装置采用二流式喷嘴，进料溶液用蠕动泵进样，速度为12～20ml/min；喷嘴气体流量由压缩空气的压力控制，在约0.1MPa下产生雾化；控制空气进口温度为300～400℃，出口为100～200℃；出口空气经一级旋涡分离放空；

(4)混合粉体的烧结：混合粉体在500～1200℃烧结4～20小时即可获得具有优良电化学性能的锂离子电池活性材料超细粉。