[发明专利]一种锂离子电池正极材料锂过渡金属复合氧化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于二次电池材料制备领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料锂过渡金属复合氧化物的制备方法。

背景技术

化学电源的发展水平已成为科技进步和现代化需求的象征。当前化学电源的自身发展已超过历史上任何一个时期。体积小、重量轻、容量大、功率高、无污染、长寿命成为化学电池理想的需求。锂离子电池由于具有输出电压高、比能量大、循环寿命长、安全性能好，无公害、无记忆效应等的优点，所以新型锂离子电池电极材料的设计、研究开发成为材料领域的热点。

锂离子电池正极材料是锂离子电池的关键组成部分，其性能的好坏决定了锂离子电池的性能，其价格的高低决定了锂离子电池的成本。目前市场上的正极材料以钴酸锂为主。然而，由于安全性问题，钴酸锂中仅有二分之一的锂在充放电过程中能够可逆地脱出和重新嵌入，实际比容量为140～150mAh/g，约为理论容量(273mAh/g)的一半。此外，钴元素较昂贵。因此，人们一直致力于开发新的可替代电极材料。

在一系列新兴材料中，锂过渡金属复合氧化物由于其成本低、安全性好、寿命长、容量高等优点引起了人们的广泛关注。不幸的是，合成纯相的锂过渡金属复合氧化物并非易事，且正极材料中如果含有杂相，则会严重影响其电池性能。Paulsen Jens Martin等在U.S.No.2003/0022063A1专利中通过高能球磨加烧结工艺制备出一些纯相锂过渡金属复合氧化物。Sunagawa Takuya等在U.S.No.6,333,128B1专利中经原材料混合、焙烧以及气流粉碎工艺制备出锂过渡金属复合氧化物。这两种工艺为传统的固相反应，其具有产量高、成本低的优势。Eberman Kevin W等在WO 2005056480A1专利中指出前两种工艺无法成功合成纯相四元锂过渡金属复合氧化物(例如LiNi_0.1Co_0.1Mn_0.8O₂，LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂与Li(Li_0.08Co_0.15Mn_0.375Ni_0.375)O₂)，因此，传统的干法混料固相烧结工艺需要得到改进。

虽然Eberman Kevin W等在WO 2005056480A1专利中提出其通过将锂及过渡金属氧化物或者氧化物前驱体进行湿法球磨加后期烧结工艺可成功解决传统固相反应中无法合成纯相四元锂过渡金属复合氧化物的问题。然而，研究报道显示，过渡金属原子的空间分布对于电池性能有着重要影响。一步混合烧结过程通常无法带来锂与过渡金属原子的排布均匀有序。液相共沉淀技术(U.S.No.2003/0022063A1与U.S.No.2003/0027048A1)也往往是通过先将过渡金属原子混合均匀，再与锂盐混合烧结，可合成出纯相锂、过渡金属原子分布均匀的锂过渡金属复合氧化物，从而展示了比较优异的电池性能。由于共沉淀工艺需要经过过滤、反复清洗以及干燥，其产量比较低，成本较高。因此，无论是改进的湿法球磨-固相烧结技术，还是共沉淀技术都需要得到进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种性能高、成本低的锂离子电池正极材料锂过渡金属复合氧化物的制备方法，解决传统的干法混料固相烧结工艺无法合成纯相四元锂过渡金属复合氧化物以及改进的湿法混料-固相烧结无法带来锂与过渡金属原子的排布均匀有序的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种锂离子电池正极材料锂过渡金属复合氧化物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将过渡金属M盐与掺杂金属M’盐按一定化学计量比通过机械方法混合均匀，得到混合粉末；

2)将上述混合粉末置于400～700℃(升温速率为1～30℃/min)煅烧1～12h，形成过渡金属复合氧化物；

3)将得到的过渡金属复合氧化物与锂盐按一定化学计量比进行机械方法混合均匀；

4)将步骤3中所得到的混合粉末置于400～700℃(升温速率为1～30℃/min)煅烧3～12h，然后置于800℃～1050℃高温下煅烧3～30h，即制得正极材料锂过渡金属复合氧化物；