[发明专利]一种利用撞击流设备制备锂离子电池正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料的一种制备方法，具体涉及一种利用撞击流设备制备锂离子电池正极材料的方法。

背景技术

锂离子电池由1991年SONY公司最先推出，到现在为止，锂离子电池已经为很多电器设备提供电源，其中包括移动电话、笔记本电脑和其它一些便携式电气设备大多使用锂离子电池做电源。而且其需求也越来越广，目前锂离子电池已经进入到电动车及混合动力汽车的领域。

目前，锂离子电池正极材料的制备方法主要有固相合成法和液相合成法。在液相合成法中，应用最为广泛的是共沉淀法。用共沉淀法来制备正极材料的优点在于，原料混合更为均匀，不用重复多次焙烧和研磨，而且其生产出来的锂离子电池正极材料颗粒较小。但是，这种方法也存在一些缺点：

(1)反应效率低，反应周期长

在共沉淀法中，制备前驱体通常都是用搅拌桨进行搅拌混合，反应效率低，一般都需要搅拌5～15h不等，反应周期较长。

(2)产品电化学容量低

一般共沉淀法制备出的产品比传统固相法制备的产品的电化学容量要高，但是仍然不够理想，与正极材料的理论容量还有较大差距。

撞击流(Impinging Streams，简记为IS)的概念由Elperin于1961年首先提出。其原理是两股两相流相向高速流动撞击，结果在两加速管之间造成一个高度湍动的撞击区。以气固撞击流为例，其原理为气流在撞击面上轴向速度趋于0并转为径向流动，颗粒可藉惯性渗入反向流并在开始渗入的瞬间相间相对速度达到极大值；随后在摩擦阻力作用下减速直到轴向速度衰减为0，随后又被反向加速向撞击面运动，并可能再次渗入原来气流。到现在为止，撞击流已经应用到很多领域，包括气固，气液，液液等。已经证明，撞击流是强化相间传递尤其是外扩散控制的传递过程最有效的方法之一，传递系数可比一般方法提高数倍到十几倍，这一特性受到普遍关注。撞击造成的另一结果是极大地促进混合，尤其是微观混合。近几年来，人们开始将这一特性用于通过化学反应制取超细粉体，如申请号为200410072307.9的专利申请公开了一种利用撞击流的方法制备高纯度氢氧化镁，公开号是CN1757597的中国专利公开了一种利用撞击流反应制备多孔超细碳酸钙，产品品相好，生产效率高，但是撞击流反应在锂离子电池正极材料的制备和生产中还没有应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种利用撞击流设备制备锂离子电池正极材料的方法。本发明方法极大的促进了反应物微观的混合，反应时间短，生产效率高，反应后的前驱体经较低炉温、较短时间的烧结即可得到形貌好、电化学容量高的锂离子电池正极材料，具有很好的应用前景。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种利用撞击流设备制备锂离子电池正极材料的方法：

将锂的氢氧化物或可溶性盐溶于去离子水中制成溶液，将过渡金属的可溶性盐溶于去离子水中制成溶液，然后将这两种溶液以2～30m/s的速度在撞击流设备中相互撞击并发生反应，得到的沉淀经洗涤干燥后移入高温炉中，在300～700℃下煅烧3～15h，冷却后即得锂离子电池正极材料。

所述过渡金属选自镍、钴、锰、铁、钒中的一种或几种。

所述过渡金属的可溶性盐选自硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐中的一种或几种。

所述的过渡金属的可溶性盐溶于去离子水制成溶液前，掺入硼、镁、铝、钴、镍、锰、钒、铬、钙、钇、铥、钆、钬、镧、钕、氟、磷的氢氧化物或可溶性盐中的一种或几种。

所述的过渡金属的可溶性盐溶于去离子水制成溶液前，掺入碳源和硼、镁、铝、钴、镍、锰、钒、铬、钙、钇、铥、钆、钬、镧、钕、氟、磷的氢氧化物或可溶性盐中的一种或几种；所述碳源包括葡萄糖或蔗糖，碳源占目标终产物5～20％质量。

所述锂的氢氧化物或可溶性盐与过渡金属的可溶性盐，以及掺入的硼、镁、铝、钴、镍、锰、钒、铬、钙、钇、铥、钆、钬、镧、钕、氟、磷的氢氧化物或可溶性盐的摩尔比是：锂在目标终产物化学式中的摩尔分数×(1～1.1)∶过渡金属在目标终产物化学式中的摩尔分数∶掺入元素在目标终产物化学式中的摩尔分数；即：

若目标终产物化学式为Li_pA_yM_xB_zO_n中，所述M为钴、镍、锰、铁或钒；A、B分别为硼、镁、铝、钴、镍、锰、钒、铬、钙、钇、铥、钆、钬、镧、钕、氟、磷；p，x，y，z，n分别为Li、M、A、B、O元素在目标终产物化学式中的摩尔数，则