一种锂离子电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术通过电流辅助正极材料制备方法，通过在烧结的同时辅以电流，从而可以在低于常规烧结温度下，获得锂离子电池正极材料，其可以广泛用于各种锂离子电池正极材料的制备中。本发明专利技术制备正极材料所需的炉温低(200‑1000℃)，耗能低。

A preparation method of cathode materials for lithium ion batteries

By means of current assisted cathode material preparation method, the invention can assist the current with sintering, so that the cathode material of lithium ion battery can be obtained below the conventional sintering temperature, which can be widely applied to the preparation of various lithium ion battery cathode materials. The preparation of cathode materials for low temperature (200 1000 DEG C), low energy consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极材料的制备方法
本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，属于锂离子电池领域。
技术介绍
锂离子电池是一种新型高能绿色二次电池，它具有容量高、电压高、循环寿命长、安全性好等优点，在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等各个领域获得了广泛的使用。锂离子电池由正极、负极、隔膜、正极材料、集流体等组成。电池反应为：在充电过程中，Li+从正极脱出，释放一个电子，同时过渡金属离子发生氧化，Li+经过正极材料到达负极，嵌入负极材料，电子通过外电路由正极流向负极；放电时，Li+从负极脱出，通过正极材料嵌入正极材料中，过渡金属离子发生还原反应，电子从负极脱出，通过外电路达到正极。目前，锂离子电池的正极材料的容量成为限制锂离子电池容量的瓶颈，并且锂离子正极成本也占据锂离子电池成本的很大一部分。目前锂离子电池正极材料的制备方法主要有固相法、共沉淀法、溶胶凝胶法等，在这些制备方法中都需要很高的炉温对材料进行烧结，例如LiCoO2材料需要900℃炉温下烧结，Li1Ni1/3Co1/3Mn1/3O2需要在800℃炉温下烧结。而一些新型材料即使在非常高炉温下也难以合成，例如Li1.2Fe0.4Zr0.4O2在1300℃下都难以合成。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有制备锂离子电池正极材料烧结过程中难以达到所需的高温度问题，提供一种在较低的炉温下制备锂离子电池正极材料的方法。本专利技术通过电流辅助正极材料制备方法，通过在烧结的同时辅以电流，从而可以在低于常规烧结温度下，获得锂离子电池正极材料，其可以广泛用于各种锂离子电池正极材料的制备中。本专利技术提供一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将锂离子电池正极材料前驱体粉体按照比例称量，使其混合均匀；(2)将混合均匀后的正极材料前驱体进行压制；(3)将压制后的正极材料前驱体两端串联接入电路中，然后置于锻烧炉中，在升温的同时在正极材料前驱体两端施加10Vcm-1～400Vcm-1电场，当有电流通过正极材料前驱体中时，保持温度，将电流密度的最大值控制在10mAmm-2～1000mAmm-2，进行电流辅助高温合成，保持该恒定电流密度并保温烧结一定时间，得到锂离子电池正极材料；或者将压制后的正极材料前驱体两端串联接入电路中，然后置于锻烧炉中，升温到所需温度，然后向正极材料前驱体施加两端施加10Vcm-1～400Vcm-1(单位长度上施加的电压)电场直至产生电流，并将电流密度的最大值控制在10mAmm-2～1000mAmm-2，进行电流辅助高温合成，保持该恒定电流密度并保温烧结一定时间，得到锂离子电池正极材料。根据本专利技术的制备方法，所述锂离子电池正极材料前驱体包括：锂源，金属源。锂源选自含锂的化合物或组合物，优选选自氢氧化锂、硝酸锂、碳酸锂、草酸锂、氟化锂、溴化锂、氯化锂、醋酸锂、氧化锂、磷酸二氢锂和磷酸锂中的一种或多种，更优选选自氢氧化锂和碳酸锂。金属源选自铝、镁、钙、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、铷、锶、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、锑、钡、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、镧系元素、锕系元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、草酸盐、硝酸盐、氟化物和氯化物中的一种或多种。根据本专利技术的制备方法，所述正极材料前驱体可以采用溶胶凝胶法、水热法、固相合成法、静电纺丝法、微乳液法或共沉淀法制备；所述混合方式可以包括球磨混合、研磨混合、超声混合、溶胶凝胶混合；根据本专利技术的制备方法，所述正极材料前驱体的压制可以使用常规的压制模具进行压制，并且，可以在压制后并不将压制后的正极材料前驱体从模具中取出，直接在模具的存在下，在压制后的正极材料前驱体的两端串联接入电路中。模具的压制压力优选为0.1MPa至100MPa，更优选为0.1MPa至10MPa。具体如下：将混合均匀正极材料前驱体加入模具中，并进行压制，压制后将模具中的正极材料前驱体串联接入电路中；然后将模具整体置于炉中，从室温起开始升温，开始升温的同时向在正极材料前驱体两端施加电场，电场强度可调，从10Vcm-1～400Vcm-1；当有电流通过正极材料前驱体中时，保持温度，将电流密度的最大值控制在10mAmm-2～1000mAmm-2，进行电流辅助高温合成；保持该恒定电流密度并保温烧结一定时间，得到锂离子电池正极材料；或者将混合均匀正极材料前驱体加入模具中，并进行压制，压制后将模具中的正极材料前驱体串联接入电路中；然后将模具整体置于炉中，从室温开始升温，当温度升到所需温度时，保持恒定温度直至正极材料前驱体与炉体温度一致，然后向正极材料前驱体施加电场，电场强度可调，从10Vcm-1～400Vcm-1直至产生电流，此时电流会迅速上升，将电流密度的最大值控制在10mAmm-2～1000mAmm-2，进行电流辅助高温合成；保持该恒定电流密度并保温烧结一定时间，得到锂离子电池正极材料。根据本专利技术的制备，本专利技术的核心在于电流辅助合成，合成时所需的烧结温度低于常规的烧结温度，本领域技术人员根据本专利技术的教导，对于不同的锂离子正极材料前驱体，通过常规的试验可以自由选择所需的适宜温度及烧结时间，通常在200-1000℃的范围。另外，对于不同的锂离子正极材料前驱体，电流辅助高温合成时所采用的电流和电压也可以通过常规的试验在本专利技术的范围内进行选择，其并不构成本专利技术的限制。本专利技术的有益效果是：本专利技术为一种锂离子电池正极材料的制备方法，其通过电流辅助烧结，可以在低于常规烧结温度下，获得各类锂离子电池正极材料，制备正极材料所需的炉温低(200-1000℃)，耗能低。附图说明图1为实施例1在230℃时烧结5h后LiCoO2的XRD图；图2为实施例1在230℃时烧结5h后LiCoO2的SEM图；图3为实施例2在300℃时烧结5h后LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的XRD图；图4为实施例2在300℃时烧结5h后LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的SEM图；图5为实施例3在380℃时烧结2h后LiFePO4的XRD图；图6为实施例3在380℃时烧结2h后LiFePO4的SEM图；图7为实施例3在600℃时烧结10min后Li1.2Fe0.4Zr0.4O2的XRD图；图8为实施例3在600℃时烧结10min后Li1.2Fe0.4Zr0.4O2的SEM图。具体实施方式为进一步阐述本专利技术的内容、实质特点和显著进步，兹列举以下实施例详细说明如下，但本专利技术不局限于以下实施例。实施例1按LiCoO2(LCO)分子式的化学计量比称量Li2CO3、Co2O3，加入乙醇，球磨10h，干燥后得到LCO正极材料前驱体粉体，研磨均匀，干燥后放入模具，并进行压制，压制后通过模具两端的导线给前驱体粉体施加电场。然后将模具置于管式炉中，以5℃min-1的升温速率将炉温从室温升至230℃，当温度升到230℃后恒定温度，通过恒定外接电源向LCO正极材料前驱体施加70Vcm-1的电场，进行电流辅助高温合成，同时电流会迅速变化；控制电流上升到27mAmm-2，保持炉温并在27mAmm-2下恒流烧结2h，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得到LCO正极材料。图1为烧结后LCO正极材料的XRD图。图2为烧结后LCO正极材料的SEM图。通过XR本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将锂离子电池正极材料前驱体粉体按照比例称量，使其混合均匀；(2)将混合均匀后的正极材料前驱体进行压制；(3)将压制后的正极材料前驱体两端串联接入电路中，然后置于锻烧炉中，在升温的同时在正极材料前驱体两端施加10V cm

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将锂离子电池正极材料前驱体粉体按照比例称量，使其混合均匀；(2)将混合均匀后的正极材料前驱体进行压制；(3)将压制后的正极材料前驱体两端串联接入电路中，然后置于锻烧炉中，在升温的同时在正极材料前驱体两端施加10Vcm-1～400Vcm-1电场，当有电流通过正极材料前驱体中时，保持温度，将电流密度的最大值控制在10mAmm-2～1000mAmm-2，进行电流辅助高温合成，保持该恒定电流密度并保温烧结一定时间，得到锂离子电池正极材料；或者将压制后的正极材料前驱体两端串联接入电路中，然后置于锻烧炉中，升温到所需温度，然后向正极材料前驱体施加两端施加10Vcm-1～400Vcm-1电场直至产生电流，并将电流密度的最大值控制在10mAmm-2～1000mAmm-2，进行电流辅助高温合成，保持该恒定电流密度并保温烧结一定时间，得到锂离子电池正极材料。2.一种如权利要求1所述的方法，其中所述锂离子电池正极材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振华，孙克宁，谢理强，冯金生，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11