[发明专利]一种富锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体是一种富锂正极材料的制备方法。

背景技术

自1990年索尼成功研制了新型锂离子电池以后，锂离子电池得到了迅速发展。它具备工作电压高、重量轻、循环寿命长、允许工作范围宽、无记忆效应、无污染等优点，从而代替了镉镍电池、镍氢电池和铅酸电池等传统电池，广泛应用于笔记本电脑、手机、数字电话等小型的民用电子产品。随着锂离子电池比能量的大幅度提高，锂离子电池逐渐成为公交车、电动汽车、混合动力车等大型车辆，电动自行车、小型平板电瓶车等轻型电动车及电动工具的动力来源。但是，作为大型车辆的动力电池，锂离子电池在比能量、循环寿命、安全性等方面还需要有很大的提升才能更好地满足应用要求。作为锂离子电池的关键材料之一，正极材料的性能对电池的整体性能具有致关重要的影响，所以寻找新型的高容量的正极材料成为目前的研究重点。

目前，富锂正极材料因具有较高的充放电容量和较好的循环稳定性而受到广泛关注。富锂正极材料是由层状的Li₂MnO₃和LiMO₂(M＝Mn，Ni，Co)按不同比例形成的固溶体，其化学式可以写成xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂或xLi₂O·yMO_b(x/y＞0.51)。制备富锂正极材料的方法有很多，如共沉淀法、溶胶凝胶法、高温固相法、水热合成法等，其中共沉淀法最为常用，这些方法制备出的材料都能取得良好的性能，如A.Manthiram等采用共沉淀法制备了富锂正极材料Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂，在表面没有包覆的情况下，首次放电比容量达到250mAh/g(J.Phys.Chem.C.，114(2010)9528-9533)，但是这些方法制备工艺工程复杂，成本高，不适合工业化大规模的生产。Young-Sik Hong等采用自燃法制备了Li[Ni_0.20Li_0.20Mn_0.60]O₂和Li[Co_0.20Li_0.27Mn_0.53]O₂，其中Li[Ni_0.20Li_0.20Mn_0.60]O₂经过30个循环后，其放电比容量从288mAh/g仅降到213mAh/g(Solid State Ionics，176(2005)1035-1042)，但是该方法在制备过程中一方面需要中间温度的处理，另一方面，由于自燃法的反应过程很难控制，存在安全隐患，故不适合工业制备富锂正极材料。王剑华等采用控制条件的液相反应得到中间产物，然后各组分按原子水平分散形成固溶体，之后进行热处理获得的锂离子正极活性材料(CN101662025A)。这个制备过程比较复杂，对反应溶液的温度和溶液的pH值都有要求，而且这种方法制备的材料需要在氧气气氛下进行热处理，这些都增加了工业成本，限制了其发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合工业化生产的制备锂离子电池富锂正极材料xLi₂O·yMO_b的方法，并提供一种以本发明所制备的富锂正极材料制作的锂离子电池的正极及锂离子电池。为了实现该目的，本发明采取以下技术方案：

一种富锂正极材料xLi₂O·yMO_b，其中M为Mn、Ni、Co、Al中至少一种，0.51＜x/y＜0.95，1≤b≤2，的制备方法，该方法至少含有以下4个步骤：

1)以锂源，以及选自锰源、钴源、镍源、铝源中至少一种作为原料，按照xLi₂O·yMO_b中的摩尔配比称取相应原料；

2)在原料中加入液体，进行研磨，以形成颗粒的中值粒径D₅₀小于0.05μm的浆料，所述研磨至少分为两步，先细磨使浆料中颗粒的中值粒径D₅₀小于0.1μm，再进行超细磨使浆料中颗粒的中值粒径D₅₀小于0.05μm；

3)将研磨好的浆料采用喷雾干燥的方式进行干燥；