[发明专利]锂离子电池正极活性材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极活性材料的制备方法，尤其涉及一种沉淀法制备锂离子电池正极活性材料的方法。

背景技术

在锂离子电池中，正极活性材料是锂离子电池的关键材料之一，正极活性材料的结构和性能是影响锂离子电池电化学性能重要的因素，因此制备成本低廉、性能优异的锂离子电池正极活性材料是一项非常重要的任务。

目前锂离子电池正极活性材料的制备方法主要包括固相法、沉淀法、溶胶凝胶法等方法。固相法是最普遍的合成方法，其合成过程最为简单、最为经济，但固相法在混料上很难达到分子甚至原子级水平，并且在烧结过程中容易产生杂相和副产物，从而影响正极活性材料的电化学性能。溶胶凝胶法虽然能制备高性能的正极活性材料，但其制备过程复杂，使用的有机试剂价格昂贵，成本较高，不适于大规模工业化生产。沉淀法是指在金属离子溶液中加入相应的沉淀剂，使金属离子均匀沉淀，得到粒度小且分布均匀的正极活性材料前驱体颗粒，再将前驱体颗粒进行高温处理得到正极活性材料的方法。

沉淀法具有制备工艺简单、成本较低等优点，但在利用沉淀法制备正极活性材料前驱体的过程中，往往需要采用碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾等可溶性碳酸盐或氢氧化物作沉淀剂。采用碳酸钠、氢氧化钠等可溶性沉淀剂不仅容易引入钠、钾等阳离子杂质，而且由于可溶性沉淀剂与目标前驱体的沉淀平衡常数相差较大，在实际生产过程中，如果直接将可溶性沉淀剂加入金属离子溶液中，会导致沉淀反应晶体形核速率过快而晶体生长速度过慢，生成颗粒较小且形貌较差的前驱体，从而影响正极活性材料的性能。为了得到理想的正极活性材料前驱体，现有技术一般通过加入pH值调节剂以调节pH值和加入络合剂来控制沉淀反应的晶体形核速率和晶体生长速度。但常用的氨水等pH值调节剂和络合剂不仅会将杂质引入正极活性材料前驱体，而且会对环境造成污染，同时增加了生产的成本。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种工艺简单、成本较低、可获得形貌规则、粒径分布均匀且可控的锂离子电池正极活性材料的制备方法，通过该制备方法获得的锂离子正极活性材料具有较高容量及较好的倍率性能。

一种锂离子电池正极活性材料的制备方法，其包括以下步骤：提供可溶于第一液相溶剂的金属（M）源，并用该第一液相溶剂配置成金属离子（M^x+）溶液，所述金属源中的金属元素M包括Mn、Co、Ni、Fe以及V中的一种或几种；选取碳酸锂作为沉淀剂，配置成碳酸锂溶液或碳酸锂悬浊液；将所述金属离子溶液和所述碳酸锂溶液或碳酸锂悬浊液并流进入反应釜形成混合溶液进行沉淀反应，并通过调节所述金属离子溶液的流量和所述碳酸锂溶液或碳酸锂悬浊液的流量调节所述混合溶液的pH值，得到碳酸盐沉淀物；分离并干燥所述碳酸盐沉淀物；以及将所述碳酸盐沉淀物与锂源均匀混合后进行烧结，即获得锂离子电池正极活性材料。

相对于现有技术，本发明以碳酸锂为沉淀剂，并将所述金属离子溶液和所述碳酸锂溶液或碳酸锂悬浊液并流进入反应釜形成混合溶液进行沉淀反应，所述碳酸锂溶液或碳酸锂悬浊液既可作为沉淀剂进行沉淀反应，也可以起到调节所述混合溶液pH值的作用。以碳酸锂作为沉淀剂，由于碳酸锂微溶，碳酸锂和所述金属离子的碳酸盐沉淀物的沉淀平衡常数相差较小，沉淀反应晶体形核速率不会过快，且不会引入杂质。以碳酸锂作为调节pH值的调节剂，由于碳酸锂为强酸弱碱盐，因此用碳酸锂调节pH值时所述混合溶液的pH变化不会过快。通过调节所述金属离子溶液的流量和所述碳酸锂溶液或碳酸锂悬浊液的流量调节所述混合溶液的pH值，能使所述混合溶液的pH值在稳定的范围内变化，从而使所述沉淀反应的晶核形成速率和晶体生长速度控制在适当的范围内，可获得形貌规则、粒径分布较为均匀的正极活性材料前驱体，不需加入其他调节pH值的试剂以及氨水等络合剂，减少了环境污染，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的锂离子正极活性材料的制备方法的流程图。

图2为本发明实施例1制备的尖晶石正极活性材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄的SEM照片。

图3为本发明对比例1制备的尖晶石正极活性材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄的SEM照片。

图4为本发明实施例1制备的尖晶石正极活性材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄的XRD测试图。