專利名稱：一種鋰離子電池用陰極材料的制備方法
技術領域：
本發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：
自20世紀90年代初鋰離子電池商品化以來，由于其具有高能量密度、無記憶效應等特點而取得了迅猛發展。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性能，因此球形化已成為電池材料的發展方向。
如清華大學核研院萬春榮、姜長印等用共沉淀法(或控制結晶法)分別研制出球形鈷酸鋰(電源技術28(9)526 2004)、球形錳酸鋰(中國有色金屬學報2005.91390)及球形磷酸鐵鋰(電源技術30(1)11 2006)。利用化學共沉淀法進行生產時主要存在以下缺點①常規共沉淀法由于絡合劑的絡合作用及沉淀物質溶解度的影響導致原材料利用率一般在95％以內，生產時大量的貴重金屬以離子的形態進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境。②目前使用氫氧化物或碳酸鹽等為沉淀劑、氨水等為絡合劑的共沉淀法陰極材料制備工藝需經過共沉淀、陳化等多個環節，工藝復雜，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，且粉末顆粒很難達到球形效果。
霧化制粉技術是冶金行業中一種常用的成熟的加工工藝，目前主要應用于NiMnCo，FeNi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產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——如水、氣等霧化介質的流量和壓力，并利用所選定的噴嘴將霧化介質噴出，使霧化介質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，收集得到產品。
發明內容
本發明要解決的技術問題是將提供一種原材料利用率高、反應速度快、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。
為解決上述技術問題，本發明采用的技術原理是將傳統的冶金霧化制粉技術應用于新型鋰離子電池陰極材料的開發制備。
本發明采用的具體技術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構式表示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制得球形金屬粉末，即前驅體；(三)氧化物制備將上述得到的前驅體在200～700℃溫度范圍內氧化氣氛中燒結得到氧化物Ni1-x-yCoxMyO2；(四)陰極材料制備將上述反應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℃的溫度范圍內至少一次燒結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，即前驅體。
本發明的優點是①清潔高效，原材料利用率可達99.5％以上。②生產能力大幅提高，使用霧化制粉技術將原材料熔化后一噴即成，方便快捷，半小時可完成生產。③性能優異a.振實密度高，霧化制粉技術可簡單的實現粉末材料球形化，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或氧化物等作為原材料同時熔化就可實現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，可通過調節霧化介質的壓力或流量達到調節產品粒徑作用，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明作進一步描述，但本發明的保護范圍并不受限于這些實例。
實施例1按Ni、Mn、Co質量比為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，當溫度達到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構式表示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制得球形金屬粉末，即前驅體。(三)氧化物制備將上述得到的前驅體在200～700℃溫度范圍內氧化氣氛中燒結得到氧化物Ni1-x-yCoxMyO2；(四)陰極材料制備將上述反應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℃的溫度范圍內至少一次燒結5～40小時，就得到所需的鋰離子電池用陰極材料LiNi1-x-yCoxMyO2。
2.根據權利要求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.根據權利要求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，即前驅體。
全文摘要
本發明公開了一種原材料利用率高、反應速度快、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構式表示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 優先權日2007年7月13日
發明者駱宏鈞, 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