[发明专利]一种制备锂离子电池正极三元系材料LiCoxNiyMn2O2的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及三元系材料的制备方法，具体涉及用于锂离子电池的LiCo_xNi_yMn_zO₂三元系材料的制备方法。

背景技术

三元系材料是指为了克服锂钴氧、锂镍氧或锂锰氧等缺点，而被大家重点研究的锂钴镍锰氧、锂钴镍铝氧或锂钴镍等用于锂离子电池的复合化合物。目前，三元材料的合成方法基本采用液相共沉淀法和固相合成法。

液相共沉淀法，将是在液相状态下，将各种目标金属盐溶液，选用合适的沉淀剂，使其发生共沉淀反应，得到复合金属盐的沉淀物，将其作为前躯体，然后与锂源化合物进行进一步反应制备三元材料。如，方送生等，含锰钴镍的锂复合氧化物及其制备方法以及在锂离子二次电池中的应用，专利号ZL200410081451.9，采用在可控气氛环境下，将M盐(为至少一种选自Al，Mg，Cr，Zn，Ti及Sn金属的金属盐)及锰、镍、钴盐的混合水溶液加至碱液中，共沉淀生成Ni-Co-Mn-M复合氢氧化物，经过洗涤、干燥制得复合氢氧化物后与氢氧化锂混磨，并于240-550℃和650-850℃下热处理。郭华军等，一种锂离子电池正极材料锂镍钴锰氧及其制备方法，专利号ZL200510031354.3，以氨水或铵盐为络合剂，LiOH、KOH或NaOH溶液为沉淀剂，与镍、钴、锰混合盐溶液一起加入到反应器中，进行共沉淀反应得到氢氧化物，再经400-700℃热处理后，得到复合氧化物作为前躯体，然后与锂源化合物混合反应后得到锂镍钴锰氧。

固相合成法，将是在固相状态下，将各种目的金属的单质或者化合物，通过混料后，进行焙烧得到三元材料。如，卢世刚，锂离子电池用的层状锂镍钴锰氧化物正极材料的制备方法，专利公开号200610113009.9，将金属锰粉、锂的化合物、金属钴或者钴的化合物、镍的化合物按化学式LiyNixCol-2xMnxO2表达要求的摩尔配比称取相应的上述原料，式中，0<x<0.5，0.9≤y<1.1；在原料中加入溶剂进行湿磨；湿磨后烘干；再于高温下烧结，研磨得到层状锂镍钴锰氧化物正极材料。本发明的优点在于采用湿磨混合的方法，提高原材料混合效果；采用固相法合成，工艺过程简单，成本低，易于大工业生产，避免了湿法制备前躯体复杂的流程。仇卫华等，一种采用低热固相反应制备层状锂钴镍锰氧化物材料的方法，专利号ZL200510011676.1，提供了一种采用低热固相反应制备LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂材料的方法，属于锂离子电池正极材料制备技术领域。分两步制备前驱体，一步分别将氢氧化锂LiOH.H₂O与草酸H₂C₂O₄按化学计量比混合均匀，其比例为Li∶H₂C₂O₄＝1∶0.8～1.2；将钴镍锰的乙酸盐按比例混合均匀，其比例为Co∶Ni∶Mn＝1∶1∶1；第二步是将第一步混合好的两种材料球磨混合后，在120～150℃真空干燥，制备出前驱体。将制备好的前驱体在500～800℃焙烧6～15小时得到最终产物LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂。本发明的优点在于：制备的是多组元材料，而采用两步法制备前驱体更有利于产物的均匀性。

但是，液相法和固相法都存在其缺点，液相法工艺条件复杂，难以精确控制各种元素的均匀同步沉淀，并且需要消耗大量的水，易于带来环境污染。而固相法由于一般是采用球磨将各种金属的单质或者化合物进行混合均匀，这种方法的混料时间长，很难使各种金属元素的成分均匀分布，易造成成分偏析，并且在混料的过程中易于带进杂质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在于克服上述方法中的不足，而提出的一种工艺先进，生产稳定，无废水排出、有利于环境保护、产品纯度高、粒度均匀、结晶度高的制备锂离子电池正极三元系材料的新方法。为此，本发明采用以下方案，它按以下步骤执行：

(a).原料准备：将三元系目的金属盐进行溶解，并且按照所需的比例进行混合得到Co+Ni+Mn为0.8～3.3mol/L金属盐混合溶液；