[发明专利]一种锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，属于锂离子电池领域。

背景技术

锂离子电池是一种新型高能绿色二次电池，它具有容量高、电压高、循环寿命长、安全性好等优点，在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等各个领域获得了广泛的使用。锂离子电池由正极、负极、隔膜、正极材料、集流体等组成。电池反应为：在充电过程中，Li⁺从正极脱出，释放一个电子，同时过渡金属离子发生氧化，Li⁺经过正极材料到达负极，嵌入负极材料，电子通过外电路由正极流向负极；放电时，Li⁺从负极脱出，通过正极材料嵌入正极材料中，过渡金属离子发生还原反应，电子从负极脱出，通过外电路达到正极。目前，锂离子电池的正极材料的容量成为限制锂离子电池容量的瓶颈，并且锂离子正极成本也占据锂离子电池成本的很大一部分。

目前锂离子电池正极材料的制备方法主要有固相法、共沉淀法、溶胶凝胶法等，在这些制备方法中都需要很高的炉温对材料进行烧结，例如LiCoO₂材料需要900℃炉温下烧结，Li₁Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂需要在800℃炉温下烧结。而一些新型材料即使在非常高炉温下也难以合成，例如Li_1.2Fe_0.4Zr_0.4O₂在1300℃下都难以合成。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有制备锂离子电池正极材料烧结过程中难以达到所需的高温度问题，提供一种在较低的炉温下制备锂离子电池正极材料的方法。

本发明通过电流辅助正极材料制备方法，通过在烧结的同时辅以电流，从而可以在低于常规烧结温度下，获得锂离子电池正极材料，其可以广泛用于各种锂离子电池正极材料的制备中。

本发明提供一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锂离子电池正极材料前驱体粉体按照比例称量，使其混合均匀；

(2)将混合均匀后的正极材料前驱体进行压制；

(3)将压制后的正极材料前驱体两端串联接入电路中，然后置于锻烧炉中，在升温的同时在正极材料前驱体两端施加10V cm^-1～400V cm^-1电场，当有电流通过正极材料前驱体中时，保持温度，将电流密度的最大值控制在10mA mm^-2～1000mA mm^-2，进行电流辅助高温合成，保持该恒定电流密度并保温烧结一定时间，得到锂离子电池正极材料；或者

将压制后的正极材料前驱体两端串联接入电路中，然后置于锻烧炉中，升温到所需温度，然后向正极材料前驱体施加两端施加10V cm^-1～400V cm^-1(单位长度上施加的电压)电场直至产生电流，并将电流密度的最大值控制在10mA mm^-2～1000mA mm^-2，进行电流辅助高温合成，保持该恒定电流密度并保温烧结一定时间，得到锂离子电池正极材料。

根据本发明的制备方法，所述锂离子电池正极材料前驱体包括：锂源，金属源。锂源选自含锂的化合物或组合物，优选选自氢氧化锂、硝酸锂、碳酸锂、草酸锂、氟化锂、溴化锂、氯化锂、醋酸锂、氧化锂、磷酸二氢锂和磷酸锂中的一种或多种，更优选选自氢氧化锂和碳酸锂。金属源选自铝、镁、钙、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、铷、锶、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、锑、钡、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、镧系元素、锕系元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、草酸盐、硝酸盐、氟化物和氯化物中的一种或多种。

根据本发明的制备方法，所述正极材料前驱体可以采用溶胶凝胶法、水热法、固相合成法、静电纺丝法、微乳液法或共沉淀法制备；所述混合方式可以包括球磨混合、研磨混合、超声混合、溶胶凝胶混合；

根据本发明的制备方法，所述正极材料前驱体的压制可以使用常规的压制模具进行压制，并且，可以在压制后并不将压制后的正极材料前驱体从模具中取出，直接在模具的存在下，在压制后的正极材料前驱体的两端串联接入电路中。模具的压制压力优选为0.1MPa至100MPa，更优选为0.1MPa至10MPa。具体如下：