本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，主要是一種采用碳酸氫鋰為鋰源的鋰電池正極專用材料的制備方法。
背景技術(shù)：
鋰電池具有工作電壓高、比能量大、無記憶效益、污染小、循環(huán)壽命長等特征。因此，鋰電池在便攜式電話、筆記本電腦、攝像機(jī)等各種攜帶式電子設(shè)備中得到普通應(yīng)用，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，目前開發(fā)的大容量鋰離子電池已經(jīng)應(yīng)用在電動汽車上。
鋰離子電池由正極、負(fù)極以及將正負(fù)極隔開的隔膜、電解質(zhì)組成，電池內(nèi)部采用螺旋繞制結(jié)構(gòu)，隔膜是一種非常精細(xì)而滲透性很強(qiáng)的聚乙烯薄膜材料，負(fù)極由石墨化碳材料和銅箔組成的電流收集極組成。正極由鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰或三元材料和鋁箔組成的電流收集極。電池內(nèi)部充有有機(jī)電解質(zhì)溶液。另外還裝有安全閥和PTC元件，以保護(hù)電池。
鋰離子電池的正負(fù)極材料的質(zhì)量比為3～4:1，正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能，其在鋰離子電池的總成本中占據(jù)40％以上的比例。
目前制備鋰離子電池正極材料的方法主要有固相法和液相法，固相法的特點是將鋰源和鎳源或錳源等直接進(jìn)行固相物理混合，然后經(jīng)過反復(fù)的研磨、粉粹、燒結(jié)，有時還需要通過造?；驂浩容o助工藝，才能獲得相應(yīng)的活性組分，燒結(jié)過程一般需要12～24小時，甚至更長時間。液相法是將將鋰源配置成溶液，然后加入鎳源或錳源進(jìn)行共沉淀，并過濾、干燥，得到正極材料前驅(qū)體。通常采用的鋰源為氫氧化鋰或碳酸鋰，該方法中鋰源不能有效的與含鎳化合物或含鈷化合物復(fù)合，導(dǎo)致制備的前驅(qū)體鋰密度低、結(jié)晶差，導(dǎo)致此種材料生產(chǎn)的電池比容量低，循環(huán)性能差。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有液相法中存在的問題，而提供一種采用碳酸氫鋰為鋰源的鋰電池正極專用材料的制備方法，碳酸氫鋰溶液在負(fù)壓下低溫蒸發(fā)，析出的碳酸氫鋰可以均勻的包覆在M金屬的氫氧化物的表面，有效避免濃縮夾帶效應(yīng)，高溫焙燒時，分解產(chǎn)生的碳酸鋰與M金屬的氫氧化物均勻混合，制備出的前驅(qū)體中活性組分分布均勻，結(jié)晶性能好，充放電比容量大。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的。這種采用碳酸氫鋰為鋰源的鋰電池正極專用材料的制備方法，包括以下幾個步驟：a.向蒸發(fā)釜中加入高純碳酸氫鋰溶液，開啟攪拌；b.向蒸發(fā)釜中加入一定量的M金屬的氫氧化物M(OH)x，配制成懸浮液，控制Li：M摩爾比為0.95～1.2：1，攪拌0.5～2h；c.繼續(xù)攪拌，開啟真空泵和加熱開關(guān)，控制釜內(nèi)真空度為-0.01～-0.1Mpa，蒸發(fā)溫度為55～85℃；d.待溶液變成濃稠狀態(tài)時，升溫常壓干燥，蒸發(fā)溫度為85～105℃，待前驅(qū)體完全干燥后，進(jìn)行研磨并焙燒，即得鋰電池正極專用材料。
更進(jìn)一步的，所述的M金屬的氫氧化物M(OH)x中M為鎳、鈷、錳、鐵、釩、鈦、鋁中的一種或幾種。
更進(jìn)一步的，所述的M金屬的氫氧化物M(OH)x的粒徑為5～50μm。
更進(jìn)一步的，所述步驟d中焙燒條件為：焙燒溫度600～800℃，焙燒時間4～8h。
本發(fā)明的有益效果為：直接采用高純碳酸氫鋰溶液作為鋰源，制備的出的前驅(qū)體中活性組分分布均勻，結(jié)晶性能好，充放電比容量大。
具體實施方式
下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明做詳細(xì)的介紹：
本發(fā)明的一種采用碳酸氫鋰為鋰源的鋰電池正極專用材料的制備方法，采用的技術(shù)方案如下，首先將M金屬的氫氧化物M(OH)x(x＝1,2,3……)按一定摩爾比加入高純碳酸氫鋰溶液中，進(jìn)行攪拌，保持一定的真空度，控制攪拌時間和蒸發(fā)溫度，待溶液變成濃稠狀態(tài)時，升溫常壓蒸發(fā)，待前驅(qū)體完全干燥后，進(jìn)行高溫焙燒。具體包括如下步驟：
a.向蒸發(fā)釜中加入高純碳酸氫鋰溶液，開啟攪拌；
b.向蒸發(fā)釜中加入一定量的M金屬的氫氧化物M(OH)x，配制成溶液或懸浮液，控制Li：M摩爾比為0.95～1.2，攪拌時間為0.5～2h，
c.繼續(xù)攪拌，開啟真空泵和加熱開關(guān)，控制釜內(nèi)真空度為-0.01～-0.1Mpa，蒸發(fā)溫度為55～85℃；
d.待溶液變成濃稠狀態(tài)時，升溫常壓蒸發(fā)，蒸發(fā)溫度為85～105℃，待前驅(qū)體完全干燥后，進(jìn)行研磨并焙燒，即得鋰電池正極專用材料。
本發(fā)明中，所述的鋰源為高純碳酸氫鋰溶液，其純度達(dá)到99.99％以上。
本發(fā)明中，所述的M金屬是鎳、鈷、錳、鐵、釩、鈦、鋁中的一種或幾種，其中M金屬的氫氧化物M(OH)x的粒徑為5～50μm。
本發(fā)明中，所述步驟d中焙燒條件為:焙燒溫度600～800℃，焙燒時間4～8h。
本發(fā)明中步驟d的反應(yīng)方程式為：2LiHCO3+M(OH)x＝Li2CO3·M(OH)x+H2O+CO2，其中析出的碳酸氫鋰分解后變成碳酸鋰，均勻的包覆在M(OH)x表面。進(jìn)一步焙燒后，完成轉(zhuǎn)化，反應(yīng)方程式為：Li2CO3·M(OH)x→LiMOy+H2O+CO2(y＝1,2,3……)。LiMOy即為鋰電池正極材料的活性組分。
實施例1
向蒸發(fā)釜中加入10kg除雜后的高純碳酸氫鋰溶液，碳酸氫鋰濃度為10％，開啟攪拌，加入1.50kg的氫氧化鎳后，其中氫氧化鎳粒徑為15μm，攪拌時間1h，控制釜內(nèi)真空度為-0.05Mpa，蒸發(fā)溫度為60℃，待溶液變成濃稠狀態(tài)時，常壓蒸發(fā)，蒸發(fā)溫度為105℃，待前驅(qū)體完全干燥后，進(jìn)行研磨并焙燒，焙燒溫度800℃，焙燒時間6h，即得鋰電池正極專用材料，經(jīng)XRD分析，活性組分為鎳酸鋰晶體，其中-20℃下，0.1C首次充放電比容量為145mAh/g，在2C放電比容量為131mAh/g。
實施例2
向蒸發(fā)釜中加入10kg除雜后的高純碳酸氫鋰溶液，碳酸氫鋰濃度為10％，開啟攪拌，加入1.25kg的氫氧化鈷后，其中氫氧化鈷粒徑為20μm，攪拌時間1h，控制釜內(nèi)真空度為-0.06Mpa，蒸發(fā)溫度為50℃，待溶液變成濃稠狀態(tài)時，常壓蒸發(fā)，蒸發(fā)溫度為105℃，待前驅(qū)體完全干燥后，進(jìn)行研磨并焙燒，焙燒溫度800℃，焙燒時間6h，即得鋰電池正極專用材料，經(jīng)XRD分析，活性組分為鈷酸鋰晶體。其中-20℃下，0.1C首次充放電比容量為146mAh/g，在2C放電比容量為131mAh/g。
實施例3
向蒸發(fā)釜中加入10kg除雜后的高純碳酸氫鋰溶液，碳酸氫鋰濃度為10％，開啟攪拌，加入1.19kg氫氧化錳后，其中氫氧化錳粒徑為20μm，攪拌時間1h，控制釜內(nèi)真空度為-0.07Mpa，蒸發(fā)溫度為40℃，待溶液變成濃稠狀態(tài)時，常壓蒸發(fā)，蒸發(fā)溫度為105℃，待前驅(qū)體完全干燥后，進(jìn)行研磨并焙燒，焙燒溫度800℃，焙燒時間6h，即得鋰電池正極專用材料，經(jīng)XRD分析，活性組分為錳酸鋰晶體。其中-20℃下，0.1C首次充放電比容量為147mAh/g，在2C放電比容量為132mAh/g。
對比樣品為采用碳酸鋰為鋰源的正極材料，具體實驗方案為，采用碳酸鋰懸浮液與M(OH)x混合，其它步驟同本技術(shù)方案，測得結(jié)果為：在-20℃下，0.1C首次充放電比容量為96mAh/g，在2C放電比容量為85mAh/g。
可以理解的是，上述具體實施方式不以任何形式限制本發(fā)明的技術(shù)方案，凡是采用等同替換或等效交換的方式所獲得的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。