[发明专利]一种锂离子正极材料LiNiO2/C的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料，尤其是涉及采用碳包覆一氧化镍工艺所制备的一种锂离子正极材料LiNiO₂/C的合成方法。

背景技术

目前随着全球性石油资源紧缺与气候环境的不断恶化，人类社会发展面临着严峻的挑战。发展清洁节能的新能源汽车受到世界各国的高度重视。新能源汽车的发展，关键在其动力电源。锂离子电池具有能量密度大、自放电小、无记忆效应、工作电压范围宽、使用寿命长、无环境污染等优点，是目前新能源汽车主要的动力电源。而锂离子电池关键电极材料是电池性能的最终决定性因素，其中正极材料对锂离子电池性能的提高起着至关重要的作用。因此，开发高性能、廉价的正极材料对促进新能源汽车及相关新兴产业的发展具有重要的意义。

正极材料是影响锂离子电池的能量密度、比能量、寿命等性能的最为关键的因素之一。在现有的正极材料中，层状结构正极材料依然是主流。第一代层状材料LiNiO₂的电化学稳定性好，循环性能优异，但容量仅为其理论容量的50%，且存在着资源和安全性等重大问题；LiNiO2比容量最高，但合成困难，并存在较大的安全隐患；LiMnO₂热稳定性良好且价格便宜，但是充放电过程中的明显相变导致其循环稳定性很差。多元层状正极材料、如LiNi1/3Ni1/3Mn1/3O2，LiNi0.8Al0.2O2，综合了现有层状结构材料的优势，达到了160mAg/g的比能量，但是材料中的高Ni、Ni含量仍然存在成本、资源等问题，安全性、也是该材料致命的缺点。尖晶石型的LiMn2O4因为高安全性、廉价而受到动力电池的亲昧，已得到商业化的应用，但是相对低的比能量或比功率成为这二个材料最致命的缺点，阻碍了这二个材料的应用领域。

镍酸锂作为二次锂离子电池正极材料的候选材料之一，被认为最有前途的锂离子二次电池正极材料，采用镍锂氧氧系正极材料，锂离子二次电池的成本将比锂钴氧系有较大的降低。但是，目前LiNiO₂应用受到诸多不利因素的限制，主要包括：化学计量的LiNiO₂难于合成，合成条件的微小变化会导致非化学计量的LiNiO₂生产：非化学计量的LiNiO₂由于锂、镍原子层内原子位置的互换使电化学性能恶化，比容量显著下降；首次循环约有20%的不可逆容量；热稳定性差，不耐过冲等。所有这些都与其自身的晶体结构密切相关，而晶体结构又与制备方法及工艺密切相关。因此，对常规镍酸锂进行改性处理，从而提升LiNiO₂正极材料容量的发挥，是提高材料性能的最有效的方法之一。

发明内容

本发明的目的是提供工艺路线简单，适用于大规模工业生产，采用碳包覆一氧化镍工艺所制备的一种锂离子正极材料LiNiO₂/C的合成方法。

本发明包括以下步骤：

1）将一氧化镍和有机碳源加水混合，球磨处理后喷雾造粒，得到的粉体在惰性气氛中预处理，得到碳包覆一氧化镍粉体；

2）将锂源溶于水中，加入步骤1）得到的一氧化镍粉体，然后球磨处理后喷雾造粒，得到干燥粉体；

3）将步骤2）得到的干燥粉体在惰性气氛中处理，再进行高温热处理，经过气流分级即得到锂离子正极材料LiNiO₂/C。

步骤1）中，所述有机碳源可采用可溶于水的有机物中的一种，所述可溶于水的有机物可选自葡萄糖、蔗糖、果糖、聚乙二醇、聚丙烯酸、壳聚糖等中的一种；所述球磨处理的时间为5～10h；所述预处理的温度为400～500℃，预处理的时间为5～8h。

在步骤2）中，所述锂源可采用水溶性锂盐醋酸锂、氢氧化锂中的一种；所述球磨处理的时间为2～3h。

在步骤1）和2）中，所述一氧化镍、锂源按元素摩尔数为n（Li）：n（Ni）=1.03～1.07；在步骤1）中，所述有机碳源的质量为一氧化镍质量的10%～15%；在步骤1）和2）中，所述水可采用无盐水，其中步骤1）中水的加入量按质量比为一氧化镍的3～4倍，步骤2）中水的加入量按质量比为碳包覆一氧化镍粉体质量的3～4倍。

在步骤1）和3）中，所述惰性气氛可采用氮气或氩气等。

在步骤3）中，所述处理的温度为500～600℃，处理的时间为10～20h；所述高温热处理的温度为750～850℃，高温热处理的时间为2～20h。