一种纳米级锂离子电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种纳米级锂离子电池正极材料的制备方法，所述正极材料为ＬｉＭＯ２，其中Ｍ＝Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ，其特征在于：分别将含Ｌｉ和含有Ｍ元素化合物溶于去离子水中充分搅拌得到均匀混合溶液，在此混合溶液中加入沉淀剂溶液后移入水浴锅中加热，充分反应后得到ＬｉＭＯ２沉淀，经过滤、洗涤喷雾干燥后在空气中经高温烧结即得到一次粒子粒径在纳米量级的ＬｉＭＯ２正极材料，本发明专利技术采用共沉淀与喷雾干燥相结合的方法制备一次粒子为纳米量级的球聚体结构过渡金属复合氧化物ＬｉＭＯ２，各有效组分混合更均匀、反应物活性更高降低了反应温度和反应时间、所得产物为纳米级、粒度分布均匀。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源材料制备工艺领域，涉及一种制备纳米级锂离子电池正极材料 LiM02(M = Co、Ni、Mn)的新方法。
技术介绍
随着电子技术的不断发展，电子器件不断趋于小型化、轻量化和高性能化的方向 发展，这就要求供电系统向高能量、小体积方向发展。Li离子二次电池商品化以来以其高的平台电压、高能量密度、高循环寿命的特点 得到广泛的应用。过渡金属复合氧化物LiM02 (M = Co、Ni、Mn)相对于锂具有4V及以上的 电极电位，被广泛应用于各个领域。当前上述过渡金属复合氧化物的合成多通过传统的高 温固相法合成，采用含锂化合物与过渡金属化合物混合研磨，经700-100(TC高温烧结得到 该类正极材料。此方法存在诸多不足1、生产周期长，无论是研磨还是烧结过程都需较长时 间；2、能耗高，恒温时间长，烧结温度高导致能耗较高；3、温度高恒温时间长导致锂的挥发 较大，不能精确限定元素配比；4、所得样品颗粒一致性差、粒度分布不集中；5、混料和后处 理过程中需进行研磨，容易引入杂质。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备纳米级锂离子电池正极材料LiM02的新方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种制备纳米级锂离子电池正极 材料的方法，所述的正极材料为LiM02，其中M = Ni、Co、Mn，其特征在于按Li/M摩尔比为 1 1，将含Li和M元素化合物溶于去离子水中充分搅拌得到均勻混合溶液，向此混合溶液 中加入2-5倍上述全部金属离子物质的量总和的沉淀剂溶液后移入水浴锅中加热，充分反 应后得到LiM02沉淀，经过滤、洗涤、喷雾干燥后在空气中经高温烧结即得到一次粒子粒径 在纳米量级的LiM02正极材料。所述含Li化合物为醋酸锂、硝酸锂、硫酸锂或商化锂。所述含M元素化合物为硝酸钴、草酸钴、乙酸钴、硝酸镍、乙酸镍、硫酸镍、硝酸锰 或乙酸锰。所述沉淀剂选用尿素。所述混合溶液在水浴锅中的加热温度为85°C -100°C。所述沉淀采用去离子水洗涤，去离子水与沉淀的体积比大于2 1，洗涤次数在2 次以上。喷雾干燥过程中进口温度优选165°C -200°c。所述干燥产物的烧结温度为600°C -900°C，烧结时间至少6小时。本专利技术采用共沉淀与喷雾干燥相结合的方法制备出一次粒子为纳米量级的球聚 体结构过渡金属复合氧化物。该工艺方法采用液相混合反应物的方法，实现各元素间分子 量级的混合，独特选用尿素作为沉淀剂，水浴加热时在反应溶液体系中形成0H—1分子团，较3外部滴加式沉淀剂，OH—1分子团分布更均勻所得沉淀粒径一致性更好纳米颗粒，纳米级的过 渡金属复合氧化物可有效缩短Li离子的有效传输路径。通过喷雾干燥的方法使沉淀物形 成微米级球聚体结构解决了纳米颗粒不易涂覆的问题，增加了材料的振实密度。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术采用共沉淀与喷雾干燥相结合的 方法制备一次粒子为纳米量级的球聚体结构过渡金属复合氧化物LiM02(M = Co、Ni、Mn)， 各有效组分混合更均勻、反应物活性更高降低了反应温度和反应时间、所得产物为纳米级、 粒度分布均勻，无需后处理可加工性能优良。附图说明图1是实施例1所得球聚体结构样品的SEM(扫描电子显微镜)图像。图2是对球聚体表面放大形貌图。具体实施例方式下面通过具体实施例对本专利技术做详细描述，下述实施例仅用于说明本专利技术，但并 不用于限定本专利技术的实施范围。实施例1 按Li/Co摩尔比为1 1，分别将硝酸锂、硝酸钴溶解于去离子水中，并 将上述溶液混合均勻，在此混合溶液中加入2倍上述全部金属离子物质的量之和的尿素溶 液作为沉淀剂后移入水浴锅中95°C恒温加热，充分反应后得到LiCo02前驱体沉淀，过滤后 用3倍于沉淀物体积的去离子水洗涤3次后，配置成悬浊液进行喷雾干燥，进料口温度设为 180°C，所得干燥后的前驱体在空气中850°C烧结6小时即得到图1、图2所示的一次粒子粒 径在纳米量级的球聚体结构LiCo02正极材料。实施例2 按Li/Ni摩尔比为1 1，分别将硝酸锂、硝酸镍溶解于去离子水中，并 将上述溶液混合均勻，在此混合溶液中加入3倍上述全部金属离子物质的量之和的尿素溶 液作为沉淀剂后移入水浴锅中85°C恒温加热，充分反应后得到LiM02前驱体沉淀，过滤后 用5倍于沉淀物体积的去离子水洗涤2次后，配置成悬浊液进行喷雾干燥，进料口温度设为 190°C，所得干燥后的前驱体在空气中600°C烧结10小时即得到一次粒子粒径在纳米量级 的球聚体结构LiNi02正极材料。实施例3 按Li/Mn摩尔比为1 1，分别将醋酸锂、硝酸锰溶解于去离子水中，并 将上述溶液混合均勻，在此混合溶液中加入3倍上述全部金属离子物质的量之和的尿素溶 液作为沉淀剂后移入水浴锅中100°C恒温加热，充分反应后得到LiMn02前驱体沉淀，过滤后 用2倍于沉淀物体积的去离子水洗涤4次后，配置成悬浊液进行喷雾干燥，进料口温度设为 165°C，所得干燥后的前驱体在空气中600°C烧结10小时即得到一次粒子粒径在纳米量级 的球聚体结构LiMn02正极材料。实施例4:按Li/Co摩尔比为1 1，分别将硫酸锂、乙酸钴溶解于去离子水中，并 将上述溶液混合均勻，在此混合溶液中加入4倍上述全部金属离子物质的量之和的尿素溶 液作为沉淀剂后移入水浴锅中90°C恒温加热，充分反应后得到LiCo02前驱体沉淀，过滤后 用3倍于沉淀物体积的去离子水洗涤3次后，配置成悬浊液进行喷雾干燥，进料口温度设为 185°C，所得干燥后的前驱体在空气中900°C烧结5小时即得到一次粒子粒径在纳米量级的 球聚体结构LiCo02正极材料。 实施例5 按Li/Ni摩尔比为1 1，分别将硝酸锂、硫酸镍溶解于去离子水中，并 将上述溶液混合均勻，在此混合溶液中加入5倍上述全部金属离子物质的量之和的尿素溶 液作为沉淀剂后移入水浴锅中90°C恒温加热，充分反应后得到LiM02前驱体沉淀，过滤后 用3倍于沉淀物体积的去离子水洗涤3次后，配置成悬浊液进行喷雾干燥，进料口温度设为 200°C，所得干燥后的前驱体在空气中800°C烧结5小时即得到一次粒子粒径在纳米量级的 球聚体结构LiNi02正极材料。权利要求，所述的正极材料为LiMO2，其中M＝Ni、Co、Mn，其特征在于按Li/M摩尔比为1∶1，将含Li和M元素化合物溶于去离子水中充分搅拌得到均匀混合溶液，向此混合溶液中加入2-5倍上述全部金属离子物质的量总和的沉淀剂溶液后移入水浴锅中加热，充分反应后得到LiMO2沉淀，经过滤、洗涤、喷雾干燥后在空气中经高温烧结即得到一次粒子粒径在纳米量级的LiMO2正极材料。2.根据权利要求1所述，其特征在于所 述含Li化合物为醋酸锂、硝酸锂、硫酸锂或商化锂。3.根据权利要求1所述，其特征在于所 述含M元素化合物为硝酸钴、草酸钴、乙酸钴、硝酸镍、乙酸镍、硫酸镍、硝酸锰或乙酸锰。4.根据权利要求1所述，其特征在于所 述沉淀剂选用尿素。5.根据权利要求1所述，其特征在于所 述混合溶液在水浴锅中的加热温度为85°C -100°C。6.根据权利要求1所述，其特征在于所 述沉淀采用去离子水洗涤，去离子水与沉淀的体积比大于2 1，洗涤次数在2次以上。7.根据权利要求1所述，其特征在于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米级锂离子电池正极材料的制备方法，所述的正极材料为ＬｉＭＯ↓［２］，其中Ｍ＝Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ，其特征在于：按Ｌｉ／Ｍ摩尔比为１∶１，将含Ｌｉ和Ｍ元素化合物溶于去离子水中充分搅拌得到均匀混合溶液，向此混合溶液中加入２－５倍上述全部金属离子物质的量总和的沉淀剂溶液后移入水浴锅中加热，充分反应后得到ＬｉＭＯ↓［２］沉淀，经过滤、洗涤、喷雾干燥后在空气中经高温烧结即得到一次粒子粒径在纳米量级的ＬｉＭＯ↓［２］正极材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金鑫，
申请(专利权)人：彩虹集团公司，
类型：发明
国别省市：61[中国|陕西]