[发明专利]一种过渡金属氢氧化物及其氧化物和正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种过渡金属氢氧化物及其氧化物的制备方法以及由该过渡金属氢氧化物及其氧化物制备锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高能量、长寿命、无记忆效应、低污染等优点，是化学电源的主流产品，广泛应用于移动通讯设备和军工领域。锂离子电池的电化学性能主要取决于所用电极材料和电解质材料的性能，尤其是电极材料的性能。

目前，商业化锂离子电池生产所用正极材料主要是层状结构的LiCoO₂和LiNiO₂的制备工艺简单、性能稳定、比容量高和循环性能好；但是，价格贵且制备过程中污染严重。LiNiO₂价格比较便宜(镍的价格是钴的1/20)，比能量高，循环性能好；但是，镍容易形成Ni²⁺，产生杂相Li₂Ni₈O₁₀，且当镍过量时会占据锂离子的位置，这将影响正极材料的比能量及其它化学性能。

研究发现，层状球形的二元或者三元正极材料如LiNi_0.5Mn_0.5O₂、LiNi_0.8Co_0.2O₂、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂等，价格便宜、比容量高、循环性能好、结构稳定、安全性好，是比较理想的正极材料。而该类材料合成方法主要是固相法和共沉淀法。固相法合成方法简单，成本低，但是工艺很不稳定，且由于反应相太多，易产生杂质。因此，采用固相法合成的正极材料的粒度和形貌不易控制。共沉淀法合成方法可以合成粒度分布比较均匀，形貌比较规整的球形过渡金属氢氧化物，是合成过渡金属氢氧化物的最常用的方法。现有的共沉淀法一般是通过将金属盐溶液与碱性溶液进行共沉淀反应得到的。但是采用现有的共沉淀技术获得的过渡金属氢氧化物制备的正极材料的振实密度不够高，不能满足高比容量的电池的需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服用现有技术提供的过渡金属氢氧化物制备的正极材料的振实密度较低的缺陷，提供一种制备过渡金属氢氧化物的方法，用这种方法提供的过渡金属氢氧化物制备正极材料具有较高的振实密度。

本发明提供了一种过渡金属氢氧化物的制备方法，该方法包括将过渡金属的水溶性盐溶液与碱溶液在惰性气氛下接触，其中，所述碱溶液中还含有添加剂，所述添加剂选自硫代硫酸钠、亚硫酸钠和水合联氨中的一种或几种。

本发明还提供了一种过渡金属氧化物的制备方法，该方法包括将过渡金属氢氧化物在氧气存在的条件下煅烧，其中，所述过渡金属氢氧化物为本发明提供的方法制备的过渡金属氢氧化物。

本发明还提供了一种锂离子电池正极材料的制备方法，该方法包括将含有锂的化合物与过渡金属氢氧化物和/或过渡金属氧化物的混合物在氧气存在的条件下煅烧，其中，所述过渡金属氢氧化物为本发明提供的方法制备的过渡金属氢氧化物，和/或所述过渡金属氧化物为本发明提供的方法制备的过渡金属氧化物所述锂的化合物为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、水合氢氧化锂、草酸锂和醋酸锂中的一种或几种。

采用本发明提供的方法制备的过渡金属氢氧化物和过渡金属氧化物颗粒分布均匀；采用本发明方法提供的过渡金属氢氧化物和过渡金属氧化物制备的锂离子电池正极材料具有较高的振实密度。例如用本发明方法提供的过渡金属氢氧化物制备的锂离子电池正极材料，其振实密度高达到2.7克/立方厘米；而采用对比例提供的过渡金属氢氧化物制备的锂离子电池正极材料，其振实密度为1.6克/立方厘米；锂离子电池正极材料振实密度增加量超过68％。采用本发明方法提供的过渡金属氧化物制备的锂离子电池正极材料，其振实密度高达到2.8克/立方厘米。此外，采用本发明方法提供的过渡金属氢氧化物或者过渡金属氧化物制得的锂离子电池正极材料粒度分布均匀，形貌规整，材料颗粒表面光滑。

附图说明

图1为实施例1合成的Ni_0.5Mn_0.5(OH)₂的粒度分布图；

图2为实施例1合成的Ni_0.5Mn_0.5(OH)₂的电镜图；