[发明专利]一种锂离子电池用掺镁镍钴酸锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池材料制备技术领域，具体涉及一种锂离子电池用高密度掺镁镍钴酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

LiCoO₂是目前商业化锂离子电池的主要正极材料，但是它存在价格昂贵、不利于环保，比容量低等缺点。LiNiO₂掺杂Co元素的正极材料同时具有了LiNiO₂材料较高的放电比容量，又稳定了材料的层状结构，增强了材料的循环稳定性，但是这种材料也存在耐过充能力差、热稳定性较差、首次放电不可逆容量较高等缺陷。为解决以上问题，使镍钴材料能尽快应用于商业化领域，国内外学者进行了大量的掺杂实验，以改善材料的电化学性能，其中镁的掺杂可以稳定镍钴酸锂材料结构，增加锂离子的扩散系数，明显抑制充放电过程中的放热反应，因此材料的循环性能和耐过充性能明显提高。目前，合成锂离子电池正极材料的方法分固相合成法、液相合成法两大类，固相合成法又分高温固相法和低温固相法两种，液相法又分溶胶-凝胶法和先生产前躯体液相合成法两种，各种方法均有利弊。中国专利文献CN03112435.6公布了“以纳米四氧化三钴为原料制备锂离子电池正极材料钴酸锂的方法”，这种方法是传统的高温固相合成法，方法简单，原料及生产成本低，但制备的材料，粒度分布范围宽，晶体尺寸较大，电化学性能较差。中国专利文献CN200810052730公布了“掺杂和表面包覆的镍钴酸锂的制备方法”，用价格便宜、资源多的镍代替了部分价格昂贵、资源少的钴，有一定优势，生产工艺采用液相合成法的先生产前躯体的液相合成法，但是该方法存在诸如生产工艺长、成本高、工艺复杂，设备要求高，工业化难度高同时又有污水排放等问题和缺点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，对现有的固相合成法和液相合成法进行改良，结合两种合成方法的优势，从而获得一种具备价格低廉、安全环保、性能优良特点的锂离子电池用高密度掺镁镍钴酸锂正极材料的制备方法。

本发明提供了一种改进的高温固相法来制备掺镁镍钴酸锂正极材料。在前驱体制备中，采用纳米制备分散技术，使固体粒子和液体物质均匀分布为流变体，使固体微粒完全被润湿，研磨成亚微米级颗粒；烧结采用静态烧结工艺，并严格控制烧结气氛和烧结温度。

具体来说，为实现本发明的目的，发明人提供如下的技术方案： 

一种锂离子电池用掺镁镍钴酸锂正极材料的制备方法，按如下步骤进行：

（1）将锂盐、镍盐或镍的氧化物、钴盐或钴的氧化物、镁盐或镁的氧化物按比例进行配料，其中Li：Ni：Co：Mg的摩尔数比为1：0.7～0.9：0.1～0.2：0～0.1且≠0；

（2）将所配制的原料在水和酒精的混合溶剂中进行湿法球磨混料，得到混合好的浆料； 

（3）将混合好的浆料进行喷雾干燥；

（4）将干燥料在热处理气氛为空气或氧气与空气的混合气中升温作预热处理，升温速率为5～30℃/min，保温范围为350～500℃，保温时间为0.5～3小时，得到预烧料；

（5）将预烧料粉碎，然后加入PVA粘结剂，压成密实块体；

（6）将压实块体再次在热处理气氛为空气或氧气与空气的混合气中作升温保温处理，升温速率为5～20℃/min，保温范围为750～850℃，保温时间为5～20小时，得到烧结料；

（7）将烧结料作降温处理，降温速率为10～20℃/min，降至室温后，再将烧结料粉碎、筛分，得到晶核为LiNixCoyMgzO₂的合成物颗粒，其中x、y、z为摩尔份数，取值范围：x为0.7～0.9、y为0.1～0.2、z为0～0.1且≠0。得到的合成物颗粒的粒径为5～15μm。

上述制备方法中所采用的锂盐、镍盐、钴盐、镁盐可选择碳酸盐、草酸盐、硝酸盐，因锂在高温时易挥发缺损，故称量锂盐时，应过量0.1～1%(摩尔比)。