專利名稱：一種制備納米級(jí)鋰離子電池正極材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米級(jí)鋰離子電池正極材料的制備方法，屬于鋰離子電池正極材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，鋰離子電池因其能量密度大、電壓高、重量輕、無記憶效應(yīng)、工作溫度范圍寬、對(duì)環(huán)境無污染等優(yōu)勢，已經(jīng)替代鎳鎘、鎳氫電池，成為手機(jī)、筆記本電腦等數(shù)碼產(chǎn)品的主導(dǎo)電源。隨著鋰離子電池技術(shù)的不斷進(jìn)步，高效鋰離子二次電池已被認(rèn)為是電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)汽車的首選動(dòng)力電源之一。美國著名的巴特爾研究所已把先進(jìn)鋰離子電池列為2020年十大關(guān)鍵技術(shù)之一。廉價(jià)、電化學(xué)性能優(yōu)良的正極材料及其低成本、易工業(yè)化的制備技術(shù)一直是鋰離子電池正極材料的研究重點(diǎn)。大量研究表明，正極材料的電化學(xué)性能不僅與化學(xué)組成有關(guān)，還與材料的形貌、結(jié)構(gòu)有關(guān)，而材料的形貌、結(jié)構(gòu)又與合成工藝有密切的聯(lián)系。目前，鋰離子電池正極材料大多在高溫或在較長時(shí)間等條件下合成，最常見的就是傳統(tǒng)的高溫固相法。這種方法雖然設(shè)備和工藝簡單，成本低廉，易于工業(yè)化應(yīng)用，但能耗大，而且制備材料顆粒大、均一性較差且純度不高，這些缺點(diǎn)都影響了其電化學(xué)性能。近年來，人們提出了溶膠-凝膠法、共沉淀法、水熱法等濕化學(xué)合成方法，使反應(yīng)物達(dá)到了分子級(jí)混合。這些方法雖然在某些方面提高了電池材料的理化性能，但工藝路線復(fù)雜，合成時(shí)間長，且使用大量的有機(jī)物，容易造成環(huán)境污染。為了解決上述存在的問題，研究出一種制備鋰離子電池正極材料的新工藝和新技術(shù)，對(duì)鋰離子電池的應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)是提供一種中溫條件下合成納米級(jí)鋰離子電池正極材料的方法。通過該方法在較短時(shí)間、較低溫度下制備出電化學(xué)性能優(yōu)良的納米級(jí)鋰離子電池正極材料。本發(fā)明是按以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
1、根據(jù)化學(xué)通式LixMn2_yMy04、LixNi1^bCoaMnbO2,按照各元素的摩爾比稱取原材料，研磨混合均勻；上述通式中，M為N1、Cr、Mg、Al、Cu、Fe、Ru、Y、Gd、Ce、Nd中的一種或幾種,而
1.03 彡 X 彡 1.08,0 彡 y 彡 2、a+b 彡 I ;
2、將上述混合物轉(zhuǎn)移至坩堝中，在380°C 450 V (焙燒溫度低于380 1:時(shí)，有機(jī)物分解不完全)下焙燒2 h 5 h，優(yōu)選為在400 °C 420 °C下焙燒3 h 4 h，得到前驅(qū)體；
3、將前驅(qū)體和磨球按質(zhì)量比20:1 50:1(質(zhì)量比小于20:1時(shí),球磨不完全,導(dǎo)致顆粒不均勻)，優(yōu)選為前驅(qū)體和磨球按質(zhì)量比30:1 40:1,置于球磨罐中，調(diào)節(jié)高能球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為15 40 rpm(轉(zhuǎn)速低于20 rpm時(shí),球磨不完全；轉(zhuǎn)速高于40 rpm時(shí),影響高能球磨機(jī)的安全性能)，優(yōu)選轉(zhuǎn)速為20 30 rpm;溫度為500 °C 700 V (溫度低于500 1:時(shí)，合成的材料晶型發(fā)育不完全，材料的理化性能不好；溫度高于700 ℃時(shí)，材料會(huì)發(fā)生嚴(yán)重團(tuán)聚，并且溫度提高，工藝成本提高)，優(yōu)選條件為600 V，球磨焙燒2 h 5 h，，得到納米級(jí)鋰離子電池正極材料。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于:采用固相高能球磨法制備納米級(jí)鋰離子電池正極材料，結(jié)合了傳統(tǒng)高溫固相法制備工藝簡單和濕化學(xué)合成方法產(chǎn)物均一的優(yōu)點(diǎn)，并且操作簡單、焙燒時(shí)間短、合成溫度低、生產(chǎn)成本低，實(shí)驗(yàn)證明，按本發(fā)明方法制備的產(chǎn)品用于鋰離子電池中，具有較高的比容量和優(yōu)良的循環(huán)性能。
具體實(shí)施方案實(shí)施例1
稱取原材料 LiOH, Ni (CH3COO) 2、Mn(CH3COO)2,按摩爾比為 LiOH: Ni (CH3COO)2:Mn(CH3COO)2=L 03: 0.5: 1.5混合，并研磨均勻；將上述混合物轉(zhuǎn)移至坩堝中，在400 ℃下焙燒5 h，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體和磨球按質(zhì)量比50:1置于球磨罐中，調(diào)節(jié)高能球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為20 rpm，溫度為700 °C，球磨焙燒2 h，得到納米級(jí)鋰離子電池正極材料LiNi0.5Mn1.5O4。工藝流程見附圖
。實(shí)施例2
稱取原材料 LiCH3C00、Ni (CH3COO) 2、Mn (CH3COO) 2、Co (CH3COO) 2，按摩爾比為 LiCH3COO:Ni (CH3COO)2: Mn(CH3COO)2: Co (CH3COO) 2=3.15:1:1:1 混合，并研磨均勻；將上述混合物轉(zhuǎn)移至坩堝中，在420 °C下焙燒3 h，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體和磨球按質(zhì)量比35:1置于球磨罐中，調(diào)節(jié)高能球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為30 rpm,溫度為600 °C ,球磨焙燒3 h,得到納米級(jí)鋰離子電池正極材料 LiNil/3Col/3Mnl/3O2.實(shí)施例3
稱取原材料 LiOH、Ni (CH3COO) 2、Mn(NO3)2,按摩爾比為 LiOH: Ni (CH3COO)2:Mn(NO3)2=L 08: 0.5: 1.5混合，并研磨均勻；將上述混合物轉(zhuǎn)移至坩堝中，在450 °C下焙燒2 h，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體和磨球按質(zhì)量比20:1置于球磨罐中，調(diào)節(jié)高能球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為40 rpm，溫度為500 °C，球磨焙燒5 h，得到納米級(jí)鋰離子電池正極材料LiNia5Mnh5CV制成的電池效果如下:
權(quán)利要求
1.一種制備納米級(jí)鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)根據(jù)化學(xué)通式，按照各元素的摩爾比稱取原材料，研磨混合均勻，形成混合物； (2)將所述混合物轉(zhuǎn)移至坩堝中，在380°C 450 °C下焙燒2 h 5 h，得到前驅(qū)體； (3 )在500 V 700 V的焙燒溫度內(nèi)，使用高能球磨機(jī)對(duì)所述前驅(qū)體進(jìn)行球磨，得到納米級(jí)鋰離子電池正極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米級(jí)鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于，所述化學(xué)通式為 LixMn2_yMy04 或 LixNinbCoaMnbO2，其中 M 為 N1、Cr、Mg、Al、Cu、Fe、Ru、Y、Gd、Ce、Nd中的一種或幾種，并且1.03≤X≤L 08,0≤y≤2、a+b≤I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米級(jí)鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，控制前驅(qū)體與高能球磨機(jī)的磨球的質(zhì)量比為20:1 50:1 ;控制高能球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為2(T40 rpm，控制焙燒的時(shí)間為2 h 5 h。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備納米級(jí)鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于，所述前驅(qū)體與磨球的質(zhì)量比30:1 40:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備納米級(jí)鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速為20 30 rpm ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米級(jí)鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于，所述步驟(2)中前驅(qū)體的焙燒溫度為400 V 420 °C，焙燒的時(shí)間為3 h 4 h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米級(jí)鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于，所述焙燒溫度為600 °C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制備納米級(jí)鋰離子電池正極材料的方法，屬于鋰離子電池正極材料制備技術(shù)領(lǐng)域。將原材料按一定比例混合并研磨均勻，將混合物焙燒一定時(shí)間，得到前驅(qū)體，將前驅(qū)體置于高能球磨機(jī)中，球磨焙燒得到鋰離子電池正極材料。本發(fā)明方法工藝簡單，特別是焙燒時(shí)間短、溫度低、生產(chǎn)成本低，制得的材料循環(huán)性能好。
文檔編號(hào)H01M4/48GK103094544SQ201310026559
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者耿樹江, 楊凌旭 申請人:東北大學(xué)