锂离子电池电极活性材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池电极活性材料的制备方法，包括提供锂源溶液和金属元素源；将该锂源溶液与该金属元素源混合反应；将反应产物干燥，得到前驱体；以及热处理该前驱体。本发明专利技术还提供一种锂离子电池电极活性材料的制备方法，该制备方法为固相合成法，该固相合成法在原料混合阶段包括将萘锂与金属元素源在溶剂中进行化学反应的步骤。

Preparation of electrode active materials for lithium ion batteries

The invention provides a preparation method of lithium ion battery electrode active material, including providing lithium source solution and metal element source, mixing the lithium source solution with the metal element source, drying the reaction product, obtaining the precursor, and heat treating the precursor. The invention also provides a preparation method for the electrode active material of the lithium ion battery, the preparation method is solid phase synthesis, and the solid-phase synthesis process includes chemical reaction of naphthalene lithium and metal elements in solvents in the raw material mixing stage.

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池电极活性材料的制备方法
本专利技术涉及能源材料领域，特别涉及锂离子电池电极活性材料的制备方法。
技术介绍
随着便携式电子产品的快速发展和普遍化，锂离子电池的市场需求与日俱增。与传统二次电池相比，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应和环境污染小等优点。锂离子电池的正极和负极分别含有作为活性材料的可逆嵌锂材料，其中，正极活性材料比负极活性材料具有更高的电势。常用的正极活性材料主要是锂过渡金属复合氧化物或锂过渡金属磷酸盐，如钴酸锂、锰酸锂、二元材料、三元材料、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸锰锂及磷酸锰铁锂等，常用的负极活性材料主要是碳材料，如石墨，另外也有锂过渡金属复合氧化物，如钛酸锂等。上述锂过渡金属复合氧化物和锂过渡金属磷酸盐的合成方法有固相合成法、水热/溶剂热反应法、共沉淀合成法和溶胶-凝胶合成法等。其中固相合成法是工业上最常用的合成方法，具体是将含有过渡金属的前驱体，如氧化物、碳酸盐或氢氧化物与锂源，如碳酸锂或氢氧化锂通过球磨进行机械混合，然后高温烧结。然而，这种制备方法中前驱体与锂源在固态颗粒层面混合，使混合物的均匀性差，导致合成产物材料性能不稳定。
技术实现思路
基于此，有必要为解决上述问题，提供一种锂离子电池电极活性材料的制备方法。一种锂离子电池电极活性材料的制备方法，包括：S1，提供锂源溶液和金属元素源，该锂源溶液包括溶剂及溶解于该溶剂的锂化稠环芳香烃及锂化稠环芳香烃的衍生物中的至少一种；S2，将该锂源溶液与该金属元素源混合并反应；S3，将该步骤S2的反应产物干燥，得到前驱体；以及S4，热处理该前驱体。一种锂离子电池电极活性材料的制备方法，该制备方法为固相合成法，该固相合成法在原料混合阶段包括将锂化稠环芳香烃及锂化稠环芳香烃的衍生物中的至少一种与金属元素源在溶剂中进行化学反应。本专利技术将锂化稠环芳香烃及锂化稠环芳香烃的衍生物中的至少一种作为固相合成中所用的锂源，并且通过所述步骤S2在将锂源与其他金属元素源进行混合时进行化学反应，使锂与金属元素源在分子层面混合，从而保证在步骤S4中的固相合成中反应更为均匀无偏析，得到的电极活性材料性能更好。附图说明图1为本专利技术实施例锂离子电池电极活性材料的制备方法的流程图；图2为本专利技术实施例锂离子电池电极活性材料的XRD测试图；图3为本专利技术实施例1与对比例的锂离子电池的电压容量曲线对比图；图4为本专利技术实施例1与对比例的锂离子电池的循环性能对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本专利技术锂离子电池电极活性材料的制备方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，本专利技术实施例提供一锂离子电池电极活性材料的制备方法，包括：S1，提供锂源溶液和金属元素源，该锂源溶液包括溶剂及溶解于该溶剂的锂化稠环芳香烃及锂化稠环芳香烃的衍生物中的至少一种；S2，将该锂源溶液与该金属元素源混合并反应；S3，将该步骤S2的反应产物干燥，得到前驱体；以及S4，热处理该前驱体。该锂源为锂化稠环芳香烃及锂化稠环芳香烃的衍生物中的至少一种。该锂化稠环芳香烃是锂与稠环芳香烃的化合物。该锂化稠环芳香烃的衍生物与该锂化稠环芳香烃性质相似，该稠环芳香烃的衍生物例如可以是卤素原子或1～6个碳的烷基取代该稠环芳香烃中的氢原子而形成的物质，该锂化稠环芳香烃的衍生物是该稠环芳香烃的衍生物与锂的化合物。该锂化稠环芳香烃及锂化稠环芳香烃的衍生物的通式可以写作LiX，其中X代表所述稠环芳香烃及锂化稠环芳香烃的衍生物中的至少一种。该稠环芳香烃的苯环数量优选为2至4。该锂化稠环芳香烃优选为萘锂(LiC10H8)、芘锂(LiC16H10)、菲锂(LiC14H10)及蒽锂(LiC14H10)中的至少一种。该溶剂能够溶解该锂化稠环芳香烃，且对于所溶解的锂化稠环芳香烃化学稳定即可。例如该萘锂的溶剂可以是四氢呋喃(THF)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)及己烷中的至少一种。该锂源溶液中锂化稠环芳香烃的浓度优选为0.05至0.6mol/L。例如当该锂源溶液为萘锂溶液时，萘锂的浓度为0.05至0.6mol/L。在一实施例中，该萘锂溶液可通过以下步骤制备：S11，在真空或保护气氛中将萘溶解在该溶剂中；以及S12，向该溶剂中加入金属锂与萘反应，得到所述萘锂溶液。所述金属锂与萘反应的步骤可以在常温常压下进行，例如在20℃至40℃，1个大气压下进行。所述萘与金属锂在溶剂中的加入量可以由需要得到的萘锂溶液的浓度确定。该萘与金属锂之间的摩尔比可以为1:1。其他锂源溶液可采用与上述萘锂溶液相同或不同的方法制备。该金属元素源由合成的目标电极活性材料确定，该电极活性材料可以是正极活性材料或负极活性材料，具体可以是锂金属复合氧化物(Li-M-O)及锂金属复合磷酸盐(Li-N-PO4)中的至少一种。该金属元素M包括镍、钴及锰中的至少一种，在一些实施例中还可以包括掺杂元素。该金属元素N包括镍、钴、锰、铁及钒中的至少一种，在一些实施例中还可以包括掺杂元素。当该电极活性材料为负极活性材料时，该锂金属复合氧化物还可以是Li-Ti-O。该电极活性材料具有可逆的充放电性能，可以使锂离子在不同电位可逆的嵌入和脱出。更为具体的，该电极活性材料可以是晶体结构为а-NaFeO2型层状结构、尖晶石型结构或橄榄石型结构的锂金属复合氧化物及锂金属复合磷酸盐中的至少一种。该锂金属复合氧化物的化学式例如可以是LiFe1-yLyPO4，LiMn1-yLyPO4，LiV1-yLyPO4，LiCo1-yLyPO4，LiFe1-yLy(PO4)1-kF3k，LiMn1-yLy(PO4)1-kF3k，LiCo1-yLy(PO4)1-kF3k，LiNi1-yLy(PO4)1-kF3k，LiV1-yLy(PO4)1-kF3k，LiNi1-yLyPO4，LixNi1-yLyO2，LixCo1-yLyO2，LixMn1-yLyO2，LixMn2-zLzO4，LixNii-nMnj-mLnRmO4，LixNii-nCoj-mLnRmO4，LixCoi-nMnj-mLnRmO4，LixNidCoeMnfLgO2及LixNidCoeAlfLgO2中的至少一种。上述化学式中0.1≤x≤1.1，0≤y<1，i+j＝2，0≤m<0.2，0≤n<0.2，0<i-n<2，0<j-m<2，0<d<1，0<e<1，0<f<1，0≤g≤0.2，0<k<1，d+e+f+g＝1，0≤z<2，优选地，0≤z<0.1，0.1<y<0.5。其中，L和R为掺杂元素，选自碱金属元素、碱土金属元素、第13族元素、第14族元素、过渡族元素及稀土元素中的一种或多种，优选地，L和R选自Co、Ni、Mn、Cr、V、Ti、Sn、Cu、Al、Fe、B、Sr、Ca、Nd、Ga及Mg中的至少一种。更为优选地，该正极活性材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池电极活性材料的制备方法，包括：S1，提供锂源溶液和金属元素源，该锂源溶液包括溶剂及溶解于该溶剂的锂化稠环芳香烃及锂化稠环芳香烃的衍生物中的至少一种；S2，将该锂源溶液与该金属元素源混合并反应；S3，将该步骤S2的反应产物干燥，得到前驱体；以及S4，热处理该前驱体。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电极活性材料的制备方法，包括：S1，提供锂源溶液和金属元素源，该锂源溶液包括溶剂及溶解于该溶剂的锂化稠环芳香烃及锂化稠环芳香烃的衍生物中的至少一种；S2，将该锂源溶液与该金属元素源混合并反应；S3，将该步骤S2的反应产物干燥，得到前驱体；以及S4，热处理该前驱体。2.根据权利要求1所述的锂离子电池电极活性材料的制备方法，其特征在于，该锂化稠环芳香烃为萘锂、芘锂、菲锂及蒽锂中的至少一种。3.根据权利要求1所述的锂离子电池电极活性材料的制备方法，其特征在于，该锂源溶液包括溶剂及溶解在该溶剂中的萘锂，该溶剂选自四氢呋喃、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯及己烷中的至少一种。4.根据权利要求3所述的锂离子电池电极活性材料的制备方法，其特征在于，该锂源溶液中萘锂的浓度为0.05至0.6mol/L。5.根据权利要求1所述的锂离子电池电极活性材料的制备方法，其特征在于，该电极活性材料是锂金属复合氧化物及锂金属复合磷酸盐中的至少一种。6.根据权利要求1所述的锂离子电池电极活性材料的制备方法，其特征在于，该电极活性材料是晶体结构为а-NaFeO2型层状结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：何向明，王莉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11