專利名稱：一種鋰離子電池用陰極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種鋰離子電池用陰極材料的制備方法。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)90年代初鋰離子電池商品化以來，由于其具有高能量密度、無記憶效應(yīng)等特點(diǎn)而取得了迅猛發(fā)展。球形活性材料由于具有更高的振實密度，以其制得的鋰離子電池具有更高的能量密度和循環(huán)性能，因此球形化已成為電池材料的發(fā)展方向。
如清華大學(xué)核研院萬春榮、姜長印等用共沉淀法(或控制結(jié)晶法)分別研制出球形鈷酸鋰(電源技術(shù)28(9)526 2004)、球形錳酸鋰(中國有色金屬學(xué)報2005.91390)及球形磷酸鐵鋰(電源技術(shù)30(1)11 2006)。利用化學(xué)共沉淀法進(jìn)行生產(chǎn)時主要存在以下缺點(diǎn)①常規(guī)共沉淀法由于絡(luò)合劑的絡(luò)合作用及沉淀物質(zhì)溶解度的影響導(dǎo)致原材料利用率一般在95％以內(nèi)，生產(chǎn)時大量的貴重金屬以離子的形態(tài)進(jìn)入濾液難以回收利用，這不僅增加了成本，而且污染了人類賴以生存的自然環(huán)境。②目前使用氫氧化物或碳酸鹽等為沉淀劑、氨水等為絡(luò)合劑的共沉淀法陰極材料制備工藝需經(jīng)過共沉淀、陳化等多個環(huán)節(jié)，工藝復(fù)雜，耗時24小時或更長。③共沉淀法制得的粉體材料振實密度一般在2.0g/cm3以下，且粉末顆粒很難達(dá)到球形效果。
霧化制粉技術(shù)是冶金行業(yè)中一種常用的成熟的加工工藝，目前主要應(yīng)用于NiMnCo，F(xiàn)eNi等合金觸媒粉末的制備，其主要工藝步驟為將原材料按目標(biāo)產(chǎn)物各元素含量配好后加入中頻爐中，通電加熱融化后注入霧化裝置中，通過霧化裝置制得球形粉末顆粒。在霧化裝置中，可以通過控制霧化介質(zhì)——如水、氣等霧化介質(zhì)的流量和壓力，并利用所選定的噴嘴將霧化介質(zhì)噴出，使霧化介質(zhì)作用于熔融金屬液流，使該金屬液流被撕裂分散并迅速凝固成球形顆粒，收集得到產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是將提供一種原材料利用率高、反應(yīng)速度快、并可大大提高振實密度的鋰離子電池用陰極材料的制備方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)原理是將傳統(tǒng)的冶金霧化制粉技術(shù)應(yīng)用于新型鋰離子電池陰極材料的開發(fā)制備。
本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案是一種鋰離子電池用陰極材料的制備方法，所述的陰極材料用以下結(jié)構(gòu)式表示LiNi1-x-yCoxMyO2，其中M選自金屬元素Mn，Al，Mg，Ti，Cu中的至少一種，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5；其特征在于所述的制備方法包括如下步驟(一)原材料配置將所述的陰極材料中含有的除Li以外的各金屬元素按其含量比例搭配得到原料；(二)前驅(qū)體制備將除Li以外的各金屬元素中的至少一種用霧化制粉技術(shù)制得球形金屬粉末，即前驅(qū)體；(三)氧化物制備將上述得到的前驅(qū)體在200～700℃溫度范圍內(nèi)氧化氣氛中燒結(jié)得到氧化物Ni1-x-yCoxMyO2；(四)陰極材料制備將上述反應(yīng)得到的氧化物再摻入含鋰化合物及步驟(二)中未加入的其它金屬元素在400～1000℃的溫度范圍內(nèi)至少一次燒結(jié)5～40小時，就得到所需的鋰離子電池用陰極材料LiNi1-x-yCoxMyO2。
上述步聚(四)中所述的含鋰化合物選自LiCO3、LiOH、LiF，所述的含鋰化合物的加入量為Li與其它金屬元素(Ni+Co+M)的摩爾比即Li∶(Ni+Co+M)＝1.0∶1.0～1.1∶1.0。
上述步驟(二)中所述的霧化制粉技術(shù)的主要步驟為將原料加入中頻爐中通電加熱至1000～1800℃使其完全熔化后注入霧化裝置中，通過霧化裝置制得球形金屬粉末，即前驅(qū)體。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是①清潔高效，原材料利用率可達(dá)99.5％以上。②生產(chǎn)能力大幅提高，使用霧化制粉技術(shù)將原材料熔化后一噴即成，方便快捷，半小時可完成生產(chǎn)。③性能優(yōu)異a.振實密度高，霧化制粉技術(shù)可簡單的實現(xiàn)粉末材料球形化，振實密度2.4g/cm3以上；b.摻雜方便，需摻雜其他金屬時只需將該金屬單質(zhì)或氧化物等作為原材料同時熔化就可實現(xiàn)分散效果極高的摻雜效果，因此霧化法更適合用作高能量密度鋰離子電池用活性材料。④控制方便，可通過調(diào)節(jié)霧化介質(zhì)的壓力或流量達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)品粒徑作用，操作簡單。


圖1是Ni1/3Co1/3Mn1/3合金粉末的掃描電鏡照片；圖2是LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的SEM照片；圖3是LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的XRD衍射圖。
具體實施例方式
下面通過具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受限于這些實例。
實施例1按Ni、Mn、Co質(zhì)量比為1∶1∶1配制成混合金屬100公斤，加入中頻爐中加熱使其融化，當(dāng)溫度達(dá)到1600～1680℃時將金屬液注入霧化裝置中，啟動高壓水泵，控制水壓為27±1Mpa，高壓噴霧作用于金屬液流，制備得到中粒徑D50為10.2μm的Ni1/3Co1/3Mn1/3合金粉末，圖1為該粉末的掃描電鏡照片。將該粉末在馬弗爐中500℃煅燒得到復(fù)合金屬氧化物Ni1/3Co1/3Mn1/3O2。將Li2CO3與上述得到的Ni1/3Co1/3Mn1/3O2按摩爾比Li/NiMnCo＝1.03充分混合后在900℃煅燒20小時得到高振比鋰離子電池陰極材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，圖2為該材料的SEM照片，測試得到其振實密度為2.5g/cm3，比表面積BET＝0.92m2/g。圖3為該材料的XRD衍射圖。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池用陰極材料的制備方法，所述的陰極材料用以下結(jié)構(gòu)式表示LiNi1-x-yCoxMyO2，其中M選自金屬元素Mn，Al，Mg，Ti，Cu中的至少一種，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5；其特征在于所述的制備方法包括如下步驟(一)原材料配置將所述的陰極材料中含有的除Li以外的各金屬元素按其含量比例搭配得到原料。(二)前驅(qū)體制備將除Li以外的各金屬元素中的至少一種用霧化制粉技術(shù)制得球形金屬粉末，即前驅(qū)體。(三)氧化物制備將上述得到的前驅(qū)體在200～700℃溫度范圍內(nèi)氧化氣氛中燒結(jié)得到氧化物Ni1-x-yCoxMyO2；(四)陰極材料制備將上述反應(yīng)得到的氧化物再摻入含鋰化合物及步驟(二)中未加入的其它金屬元素在400～1000℃的溫度范圍內(nèi)至少一次燒結(jié)5～40小時，就得到所需的鋰離子電池用陰極材料LiNi1-x-yCoxMyO2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步聚(四)中所述的含鋰化合物選自LiCO3、LiOH、LiF，所述的含鋰化合物的加入量為Li與其它金屬元素(Ni+Co+M)的摩爾比即Li∶(Ni+Co+M)＝1.0∶1.0～1.1∶1.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于步驟(二)中所述的霧化制粉技術(shù)的主要步驟為將原料加入中頻爐中通電加熱至1000～1800℃使其完全熔化后注入霧化裝置中，通過霧化裝置得到球形金屬粉末，即前驅(qū)體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種原材料利用率高、反應(yīng)速度快、并可大大提高振實密度的鋰離子電池用陰極材料的制備方法，所述的陰極材料用以下結(jié)構(gòu)式表示LiNi
文檔編號C22C1/00GK101087019SQ20071002400
公開日2007年12月12日 申請日期2007年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日
發(fā)明者駱宏鈞, 趙世勇, 方劍慧 申請人:張家港市國泰華榮化工新材料有限公司