锂离子电池正极活性材料的制备方法技术

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（Mx+）溶液，所述金属元素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，配置成碳酸锂悬浊液；将所述金属离子溶液加入到所述碳酸锂悬浊液中形成混合溶液进行沉淀反应，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。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，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（Mx+）溶液，所述金属元素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，配置成碳酸锂悬浊液；将所述金属离子溶液加入到所述碳酸锂悬浊液中形成混合溶液进行沉淀反应，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。【专利说明】
本专利技术涉及一种，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。
技术介绍
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PH值调节剂和氨水等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。
技术实现思路
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，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，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(Mx+)溶液，所述金属元素M包括Mn、Co、N1、Fe以及V中的一种或几种；选取碳酸锂作为沉淀剂，配置成碳酸锂悬浊液；将所述金属离子溶液加入到所述碳酸锂悬浊液中形成混合溶液进行沉淀反应，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，本专利技术以碳酸锂为沉淀剂，采用将金属离子溶液加入到碳酸锂悬浊液的方法来制备锂离子电池正极活性材料前驱体。将金属离子溶液加入到碳酸锂悬浊液中进行沉淀反应，在反应过程中，混合溶液中不溶的碳酸锂随着反应的进行不断溶解来补充不断转化为沉淀的C032—，使混合溶液中的碳酸锂始终处于饱和状态，因此混合溶液具有稳定的PH值，通过使该pH值在9到12范围内，能使沉淀反应具有适当且稳定的晶核形成速率和晶体生长速率，能够形成形貌规则、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。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术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为本专利技术实施例1制备的尖晶石正极活性材料LiNia5Mnh5O4的SEM照片。图3为本专利技术对比例I制备的尖晶石正极活性材料LiNia5MnL504的SEM照片。图4为本专利技术实施例1制备的尖晶石正极活性材料LiNia5MnuO4的XRD测试图。图5为本专利技术对比例I制备的尖晶石正极活性材料LiNia5Mnh5O4的XRD测试图。图6为本专利技术实施例1制备的尖晶石正极活性材料LiNia5Mr^5O4在不同电流密度下的倍率性能测试图。图7为本专利技术对比例I制备的尖晶石正极活性材料LiNia5Mr^5O4在不同电流密度下的倍率性能测试图。图8为本专利技术实施例3制备的层状正极活性材料Lih2Nia2Mna6O2的SEM照片。图9为本专利技术对比例5制备的层状正极活性材料Lih2Nia2Mna6O2的SEM照片。图10为本专利技术实施例3制备的层状正极活性材料Lih2Nia2Mna6O2的XRD测试图。图11为本专利技术对比例5制备的层状正极活性材料Lih2Nia2Mna6O2的XRD测试图。图12为本专利技术实施例3制备的层状正极活性材料Lih2Nia2Mna6O2在不同电流密度下的倍率性能测试图。图13为本专利技术对比例5制备的层状正极活性材料Lih2Nia2Mna6O2在不同电流密度下的倍率性能测试图。【具体实施方式】以下将结合附图详细说明本专利技术实施例。本专利技术实施例提供一种，其包括以下步骤:S1，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(Mx+)溶液，所述金属元素M包括Mn、Co、N1、Fe以及V中的一种或几种；S2，选取碳酸锂作为沉淀剂，配置成碳酸锂悬浊液；S3，将所述金属离子溶液加入到所述碳酸锂悬浊液中形成混合溶液进行沉淀反应，得到碳酸盐沉淀物；S4，分离并干燥所述碳酸盐沉淀物；以及S5，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。在上述步骤SI中，所述金属源可以为一种金属元素的化合物或多种金属元素的化合物混合后形成的混合物。所述金属元素至少包括一种可与锂元素形成锂离子电池正极活性材料的金属元素。所述金属元素包括Mn、Co、N1、Fe以及V中的一种。优选地,所述金属元素中至少有一种金属元素是Ni或Mn。所述金属元素还可包括对锂离子电池正极活性材料进行掺杂的金属元素。所述金属元素还可包括Sc、T1、Cr、Cu、Zn、Ga、Ge、Al、B1、Sn、Mg、Ca、B、Sn、Sb和Zr的一种或几种。所述金属源优选为含有上述金属元素的可溶性的盐如硝酸盐或硫酸盐等。所述金属源可在所述第一液相溶剂中解离出金属离子。优选地，所述第一液相溶剂为水。所述碳酸锂悬浊液可通过将碳酸锂加入到一第二液相溶剂中形成，该第二液相溶剂对碳酸锂微溶，并能与碳酸锂形成碳酸锂悬浊液，从而使碳酸锂在该第二液相溶剂中是始终处于饱和状态。所述金属源可在该第二液相溶剂中解离出金属离子。优选地，所述碳酸锂加入该第二液相溶剂中形成的悬浊液的PH值范围可在9至12。在20°C时，碳酸锂在IOOg所述第二液相溶剂中的溶解度为0.0lg到lg。优选地，所述第二液相溶剂可与第一液相溶剂相同。本专利技术实施例中所述配置碳酸锂悬浊液的第二液相溶剂为水，采用水作为第二液相溶剂的碳酸锂悬浊液的pH值为11到12 (0°C到100°C)。在上述步骤S2中，所述碳酸锂在反应中作沉淀剂来使用，采用碳酸锂为沉淀剂，避免了使用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠等常用沉淀剂引入的钠、钾等阳离子杂质，使后续高温处理过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极活性材料的制备方法，包括：提供可溶于第一液相溶剂的金属源，并用该第一液相溶剂配置成金属离子Mx+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，配置成碳酸锂悬浊液；将所述金属离子溶液加入到所述碳酸锂悬浊液中形成混合溶液进行沉淀反应，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋阜，林建雄，谢能建，杨金洪，钱文连，高剑，何向明，王莉，李建军，
申请(专利权)人：厦门钨业股份有限公司， 清华大学，
类型：发明
国别省市：福建;35