[发明专利]一种电极活性材料单晶的固相反应合成方法

说明书

本发明提供了一种电极活性材料单晶的固相反应合成方法。将市售过渡金属氧化物或过渡金属盐，与氧化锂或锂盐或氢氧化锂，以及掺杂元素化合物，按化学计量比称取物料并置于球磨机或高速分散机中，按(9.0‑2.0)∶(1.0‑8.0)固液重量比加入高效混合剂，开机混料0.5‑24小时，筛除研磨球，将浆状混合物干燥并回收混合剂液体组分，将干燥后的混合物研磨成粉末并盛装于烧舟中，或将浆料直接盛于烧舟中，置于焙烧炉内，通入反应气氛，采用每分钟1‑20℃的升温速率加热至200‑1200℃，保温0.5‑48小时，自然冷却至50‑100℃，出料，粉碎，过筛，包装，得到单晶形貌电极活性材料。本发明为锂离子电池电极活性材料单晶的低成本制备提供了新途径。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，特别是采用固相法合成单晶形貌电极活性材料。

背景技术

锂离子电池综合性能优异，在日用电子产品中已经得到广泛应用，随着电动汽车、新能源储存及智能电网等市场需求的快速增长，具有高容量、高稳定、低成本、安全、环保等性能的电极活性材料及其相关技术进步成为锂离子电池发展的关键。在锂离子电池充放电过程中，活性材料与电解质溶液之间一般均会生成固体电解质膜(SEI)，SEI膜的组成、结构和稳定性对电极活性材料的利用率、充放电速率、循环寿命、可靠性等均具有至关重要的影响。SEI膜的性能在很大程度上与电极活性材料的表面性质有关，单晶材料具有晶体结构发育良好，表面不饱和键少，SEI膜性能稳定等优点，因此，单晶形貌电极活性材料倍受锂离子电池厂商青睐。

目前，锂离子电池电极活性材料，如：钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、三元正极材料、高镍正极材料、聚阴离子正极材料等，一般均采用共沉淀、溶胶-凝胶或水热法先制得特殊性能前驱体，然后经过高温反应才能制得单晶产物，或者采用熔融盐法制备，这些单晶制备方法均存在较复杂的前、后期处理工序，导致单晶材料的生产成本偏高。本发明通过对传统固相法小幅改进，实现了电极活性材料单晶的固相法制备，有望对锂离子电池高性能电极活性材料的低成本制造产生积极作用。

发明内容

本发明的目的是通过对传统固相法工艺环节的改进，实现锂离子电池电极活性材料单晶的短工序低成本制备。

具体步骤为：

将市售过渡金属氧化物或过渡金属盐，与氧化锂或锂盐或氢氧化锂，以及掺杂元素化合物，按化学计量比称取物料并置于球磨机或高速分散机中，按(9.0-2.0)∶(1.0-8.0)固液重量比加入高效混合剂，开机混料0.5-24小时，筛除研磨球，将浆状混合物干燥并回收混合剂液体组分，将干燥后的混合物研磨成粉末并盛装于烧舟中，或将浆料直接盛于烧舟中，置于焙烧炉内，通入反应气氛，采用每分钟1-20℃的升温速率加热至200-1100℃，保温0.5-48小时，自然冷却至50-100℃，出料，粉碎，过筛，包装，得到单晶形貌电极活性材料。

附图说明

图1本发明实施例1 LiNi_0.5Mn_1.5O₄单晶正极材料的SEM照片。

图2本发明实施例1 LiNi_0.5Mn_1.5O₄单晶正极材料的XRD图谱。

图3本发明实施例2 Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂单晶正极材料的SEM照片。

图4本发明实施例2 Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂单晶正极材料的XRD图谱。