[发明专利]一种锂离子电池正极材料前驱体的合成方法

说明书

技术领域

一种锂离子电池正极材料前驱体的合成方法，涉及一种通过控制溶液电位合成锂离子电池正极材料前驱体复合氢氧化物的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、比能量大、无记忆效益、污染小、自放电率低、循环寿命长等优点，是21世纪重点发展的二次电池，它广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、电动自行车等电器中，且新的用途(如电动汽车，储能电站)已在开拓之中。

锂离子电池正极材料LiNi_xCo_yMn_zM_1-x-y-zO₂由于具有优异的综合性能而备受关注，它同LiCoO₂和LiNiO₂一样有α-NaFeO₂结构和理论比容量，但是这种材料具有LiCoO₂、LiNiO₂等其它正极材料所无法比拟的优势。1.钴酸锂由于价格昂贵、安全性能差而不适合作为动力电池。2.锰酸锂具有低成本、环保、安全性好等优点，但其能量密度低、循环性能差、碳做负极时锰的溶解问题突出。3.镍钴酸锂容量比钴酸锂有所提高，但制备成本高、过充存在安全性问题。4.磷酸铁锂具有成本低廉、环境友好、安全性好等优势，但其体积能量密度较低。相比较而言，LiNi_xCo_yMn_zM_1-x-y-zO₂的理论比容量较高，约278mAh/g，循环性能好，充放电过程中体积变化小(小于2％)，振实密度大，能量密度高，实际比容量可达140-180mAh/g(同镍、钴、锰比例和掺杂元素M含量有关)，合成方法简单可行，克服了LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiCoO₂及LiFePO₄的部分缺点，因此成为锂离子二次电池，特别是小型动力电池的首选材料之一。

目前，制备锂离子电池正极材料LiNi_xCo_yMn_zM_1-x-y-zO₂的方法很多，如固相反应法、共沉淀-高温烧结法、溶胶凝胶法、冷冻干燥法、微波法等。一般，传统的合成方法均采样固相反应法，其特点是反应物通过多次反复的研磨、粉碎、烧结获得活性材料，有些还需要通过造粒或压片等辅助工艺。烧结的过程也是比较长的，一般需要12～48小时，甚至更长时间。其目的是通过在高温下加热较长的一段时间以期获得不存在杂相的所需物相。这些过长的高温加热过程，不利于控制粉末的大小与结构，因此在高温下晶粒的长大与颗粒的聚合通常是不可避免的。利用共沉淀-高温烧结法可以克服固相反应法的缺点，其前驱体具有了很好的物理形貌且各元素分布均匀，这样大大缩短了高温烧结阶段的合成时间和温度，避免了晶粒的长大和聚合。

但是，共沉淀-高温烧结法对前驱体各项指标的要求很高，它要求前驱体不仅要具有良好的物理性能指标，而且要求各元素分布均匀，电化学活性好。碳酸盐沉淀合成的前驱体电化学活性差，用此前驱体制备的正极材料电化学性能差；不通过控制溶液合适的电位成的前驱体，元素分布不均匀，用此前驱体制备的正极材料循环性能不佳。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提出一种通过控制溶液电位，合成具有β-Ni(OH)₂晶型结构的复合氢氧化物前驱体，制备具有很好的电化学活性且元素分布均匀，制备较温度低、时间短的锂离子电池正极材料前驱体的合成方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种锂离子电池正极材料前驱体的合成方法，其特征在于其合成过程是将相应的金属盐按所制备的前驱体复合氢氧化物的化学计量比配制金属离子总浓度为0.1～3mol/L的金属盐溶液，将配制的金属盐溶液加入浓度为0.1～5mol/L的氢氧化钠溶液，通过氢氧化钠溶液的加入量控制反应釜中液体的PH值为7-14，在控制反应电位为-0.5-0V，反应为1-48h，反应温度为30-80℃条件下制得具有单一β-Ni(OH)₂晶型结构的复合氢氧化物。

本发明的一种锂离子电池正极材料前驱体的合成方法，其特征在于所述的控制反应釜中溶液的电位为-0.5-0V过程是通过加入为水合联氨、甲酸、甲酸盐、草酸、草酸盐中的任何一种或其混合物还原剂的控制的。