[发明专利]氧化物固溶体及其制备方法以及锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

[本发明属于能源材料制备技术领域，涉及氧化物固溶体及其制备方法以及以该氧化物固溶体为前驱体制得的锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

 锂离子电池已在手机、笔记本电脑、数码相机等电子产品领域得到广泛应用，并正向大型动力电池（如用于电动汽车）和储能电池（如用于太阳能和风能发电系统）领域发展。

锂离子电池的核心是材料，包括正极材料、负极材料、隔膜、电解质等。目前得到实用的正极材料有层状结构氧化物正极材料如钴酸锂（LiCoO₂）、镍钴铝酸锂（LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂）、三元镍钴锰酸锂（典型的如LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂等）、尖晶石结构锰酸锂（LiMn₂O₄）、橄榄石结构磷酸铁锂（LiFePO₄）等。此外，能够实现超过250mAh/g的实际比容量，而且属于5V级正极材料的富锂锰酸锂固溶体类（Li₂MnO₃-LiMO₂）材料十分引人注目，被认为是下一代高容量高电压正极材料。比较典型的如Li₂MnO₃ - LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3 O₂、Li₂MnO₃ - Li Ni_0.4Co_0.2Mn_0.4 O₂、Li₂MnO₃ - Li Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3 O₂、Li₂MnO₃ - Li Co O₂、Li₂MnO₃ - LiNiO₂、Li₂MnO₃ - Li Ni_0.5Mn_0.5O₂、Li₂MnO₃ - Li Ni_0.5Co_0.5O₂、Li₂MnO₃ - Li Ni_0.8Co_0.2O₂等。这些材料与三元镍钴锰酸锂一样，也是层状结构氧化物正极材料，制备方法类似。

在众多的制备方法中，氢氧化物共沉淀-高温固相法比较适合于三元镍钴锰酸锂和富锂锰酸锂固溶体正极材料的规模、经济制备，具有一定的实用价值，该方法已在三元镍钴锰酸锂正极材料的生产中得到了应用。

然而，该方法也存在以下缺点：

1、为保证镍、钴、锰三种离子能均匀共沉淀，必须使用一定的络合剂，甚至要同时使用多种络合剂，明显增大了成本；

2、二价锰离子在生成氢氧化物沉淀时容易被氧化，制备时需要惰性气体保护，烘干时也要防止氧化，否则后续配料时会使原料配比产生偏差，影响产品性能和一致性；

3、由于络合剂对镍、钴、锰的络合能力不同，氢氧化物的溶度积不同，使氢氧化物共沉淀法难以在宽广的范围内灵活调整产品的组成，导致可以制备的富锂锰酸锂固溶体正极材料的组成受到很大限制；

4、氢氧化物共沉淀法制备前驱体要求连续式生产，过渡到稳定状态的时间较长，对生产过程控制要求较高。