[发明专利]一种嵌锂金属氧化物及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种嵌锂金属氧化物及其制备方法和应用。所述嵌锂金属氧化物的制备方法包括：将含镍金属和/或含镍金属氧化物、氧化剂Ⅰ、水和络合剂依次进行化学腐蚀结晶反应、磁选、固液分离和洗涤，再将所得含镍金属氢氧化物在氧化性气氛中经180～350℃预烧结2～10小时，之后将所得含镍前驱体与碱金属化合物、氧化剂Ⅱ和水以及任选的添加剂依次进行嵌锂反应、固液分离、煅烧。采用本发明提供的方法制备嵌锂金属氧化物并将其作为锂离子电池正极材料，可有效提高锂离子电池的首次放电容量和容量保持率。此外，本发明在化学腐蚀结晶反应过程中不产生废水，且不断消耗水，从而能够达到对环境友好的目的。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种嵌锂金属氧化物及其制备方法和应用。

背景技术

随着锂离子电池在电动汽车中的应用，锂离子电池正极材料得到了广泛的关注，锂离子电池正极材料的性能直接影响到电动汽车的使用与推广，开发高容量、高安全性、长寿命、低成本、环保型锂离子电池正极材料是未来发展的主要方向。车载正极材料目前呈现多种类材料并存的状态，磷酸铁锂、多元材料、锰酸锂目前均有应用于EV领域，其中，日本松下、韩国LG已成功将高镍材料批量应用于电动汽车，但是由于多元材料本身的缺点，在安全性能、高容量、高倍率、长循环性能等方面仍有待完善。

随着锂离子电池的快速发展，对电池材料的要求不断增加，尤其是对材料的成分及物相结构的均匀性提出了更高的要求。电池材料性能直接影响到电池电性能，为了提高材料的性能，目前研究最多的方向是前驱体优化、烧结工艺优化、掺杂包覆手段优化，但物料均匀性方面均无法达到最为理想的状态。共沉淀结晶技术能够在一定程度上改善物相成分均匀化问题。传统的共沉淀结晶技术通常是将金属盐溶液和氢氧化物并流加入到搅拌反应器中进行混合沉淀，共沉淀结晶后大量硫酸盐保留在母液中，氨水作为络合剂加入到沉淀体系中，氨最终以铵盐的形式保留在反应体系中，经过固液分离后除去固体前驱体中含有氨、铵盐和硫酸盐的母液部分，部分重金属和小固体颗粒也会溶解至母液中，因此，传统的共沉淀结晶技术不仅需要消耗大量的氢氧化物、氨等物料，而且还会产生大量的废气、废水和废物，从而对环境造成巨大的负担。

再则，虽然共沉淀控制结晶技术能够在一定程度上改善物相成分均匀化问题，但是在锂化时，锂金属元素的烧结无法达到最好理想化的均匀化。锂化过程的一个重要技术指标是锂金属均分分布，因为锂元素的均匀分布直接影响到电池正极材料的容量、循环、倍率、安全等性能。目前主要是通过调节烧结温度、气氛、时间、装料量等，来改善锂元素的均匀分布问题。其中，对于不含镍的正极材料体系，锂元素容易嵌入晶格中实现均匀分布。然而，对于含镍的正极材料体系，通常需要采用高温高压嵌锂工艺，并且即便是采用高温高压嵌锂工艺，锂元素也难以达到理想化的均匀分布状态，由此获得的锂离子电池的首次放电容量和容量保持率均较低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的含镍正极材料体系需要高温高压工艺嵌锂并且锂元素难以达到理想的均匀分布状态、从而导致所得锂离子电池的首次放电容量和容量保持率较低的缺陷，而提供一种仅需要常温常压即可实现良好嵌锂的金属氧化物及其制备方法和应用，由此获得的嵌锂金属氧化物对应的锂离子电池的首次放电容量和容量保持率均非常高。