專利名稱：一種制備鋰離子電池正極材料LiCoO的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種制備鋰離子電池正極材料LiCoO2的方法，尤其是用濕化學方法制備鋰離子電池正極材料LiCoO2。
背景技術：
迄今為止，鋰鈷氧化合物仍是鋰離子電池正極材料的首選。目前用于工業化生產的LiCoO2制備方法主要為高溫固相合成法，即以碳酸鋰、氫氧化鋰和氧化鈷、氫氧化鈷等為原料，經固相混合均勻研磨后，在700～950℃高溫下焙燒，最后經過細磨而成。因固相擴散速度慢，混料難以均勻，產物在結構、組成等方面存在較大的差異，從而導致其電化學性能不易控制。為克服其不足，有些發明專利提出采用多次焙燒工藝(專利號CN200310110492.1)，但工藝改進一方面延長了流程，另一方面提高了生產成本。
濕化學方法制備鋰鈷氧化合物(專利號CN00126736.1)是以氫氧化亞鈷或碳酸鈷為原料，在含有活性劑和鋰化合物的水溶液中，將氫氧化亞鈷和碳酸鈷中至少一種固體化合物攪拌懸浮氧化，一步合成鋰鈷氧化合物的前驅體；鋰鈷氧化合物前驅體經洗滌脫鹽干燥后，經高溫熱處理制得晶型完整、結構穩定的層狀結構的LiCoO2粉體。該發明的濕化學過程實現了鋰鈷氧在原子水平上的結合，采用的試劑簡單易得，生產成本明顯低于固相法，產品性能優良。但是，該發明在工業化時，能耗較高。
發明內容
本發明的目的在于提供一種在充分發揮濕化學法制備的鋰鈷氧化合物前驅體的優越性能前提下，降低能耗，使產品性能更加穩定，工藝更易控制，更適應工業生產鋰離子電池正極材料LiCoO2的制備方法。
本發明的技術方案是以氫氧化亞鈷或碳酸鈷為原料，利用濕化學方法低溫混合化學合成制得鋰鈷氧化合物的前驅體，然后將此前驅體洗滌過濾以保證盡量低的水分含量。濾餅直接干燥，干燥的同時粉碎濾餅以得到粉狀物料。對干燥的粉料調整配方并混合均勻后經過兩次焙燒即制得形貌規整、粒度均勻、電性能優良的LiCoO2產品。
本發明的主要工藝過程如下1.低溫混合化學合成以氫氧化亞鈷或碳酸鈷為原料，利用濕化學方法低溫混合化學合成鋰鈷氧化合物的前驅體，然后將此前驅體洗滌過濾，濾餅水分含量20％～50％。
2.濾餅干燥將上述濾餅在120℃～500℃的溫度條件下干燥，干燥的同時濾餅粉碎。得到鋰鈷氧化合物的前驅體粉狀物料。
3.配方調整將上述鋰鈷氧化合物的前驅體粉狀物料與鈷化合物、鋰化合物混合均勻，混合后物料的鋰與鈷摩爾比為1∶0.9～1.1。鈷化合物、鋰化合物為氫氧化亞鈷、碳酸鈷、四氧化三鈷、硝酸鈷、硝酸鋰、乙酸鋰、氫氧化鋰、碳酸鋰中的至少一種。
4.兩次焙燒配方調整后的物料進行焙燒，焙燒后的物料經過破碎再第二次焙燒，即得到具有優良電性能的鋰離子電池正極材料LiCoO2產品。
第一次焙燒的制度為升溫速度1～10℃/min，保溫溫度450～950℃，保溫時間0.5～24小時，降溫速度1～10℃/min。
第二次焙燒制度為升溫速度1～10℃/min，保溫溫度550～1000℃，保溫時間2～24小時，降溫速度1～10℃/min。
本發明可用于鋰離子電池正極材料LiCoO2的制備。
本發明與現有技術相比，具有如下優點1.干燥前驅體濾餅，且在干燥的同時進行粉碎，降低了能耗；2.產物的化學組成、粒度分布和形貌易于控制；3.保持了濕化學方法合成的前驅體的均勻性，電化學性能良好。
4.本發明提出的工藝過程簡單易控，制備的產品生產成本低、產品性能穩定可控，可以用于工業化生產。
具體實施例實施例1取濕化學法合成的鋰鈷氧化合物前驅體10kg，經過干燥粉碎后，配入硝酸鈷200g，混勻后進行第一次焙燒。第一次焙燒制度為以6℃/min的升溫速度升至650℃恒溫5hrs，然后以3C°/min的降溫速度冷卻。該物料經過破碎后再進行第二次焙燒。第二次焙燒制度為以5C°/min的升溫速度升至800°C恒溫20hrs，隨爐自然冷卻。所得產物經X射線衍射分析表明其物相為單一層狀結構。產品制成053048電池檢測，1C充放電，其初始放電容量為136mAh/g，50次循環后，容量衰減2.5％。
實施例2取濕化學法合成的鋰鈷氧化合物前驅體10kg，經過干燥粉碎后，配入硝酸鋰300g，混勻后進行第一次焙燒。第一次焙燒制度為以4℃/min的升溫速度升至750℃恒溫10hrs，然后隨爐冷卻。該物料經過破碎后再進行第二次焙燒。第二次焙燒制度為以2C°/min的升溫速度升至800℃恒溫10hrs，隨爐自然冷卻。所得產物經X射線衍射分析表明其物相為單一層狀結構。產品制成053048電池檢測，1C充放電，其初始放電容量為137mAh/g，50次循環后，容量衰減2.1％。
實施例3取濕化學法合成的鋰鈷氧化合物前驅體8kg，經過干燥粉碎后，配入氫氧化鋰350g，混勻后進行第一次焙燒。第一次焙燒制度為以4℃/min的升溫速度升至800℃恒溫2hrs，然后隨爐冷卻。該物料經過破碎后再進行第二次焙燒。第二次焙燒制度為以3C°/min的升溫速度升至900℃恒溫10hrs，隨爐自然冷卻。所得產物經X射線衍射分析表明其物相為單一層狀結構。產品制成053048電池檢測，1C充放電，其初始放電容量為138mAh/g，50次循環后，容量衰減1.7％。
實施例4取濕化學法合成的鋰鈷氧化合物前驅體25kg，經過干燥粉碎后，配入碳酸鋰800g，混勻后進行第一次焙燒。第一次焙燒制度為以7℃/min的升溫速度升至700℃恒溫8hrs，然后隨爐冷卻。該物料經過破碎后再進行第二次焙燒。第二次焙燒制度為以8C°/min的升溫速度升至920℃恒溫18hrs，隨爐自然冷卻。所得產物經X射線衍射分析表明其物相為單一層狀結構。產品制成053048電池檢測，1C充放電，其初始放電容量為136mAh/g，50次循環后，容量衰減3.4％。
權利要求
1.一種制備鋰離子電池正極材料LiCoO2的方法，包括以氫氧化亞鈷或碳酸鈷為原料，用制備鋰鈷氧化合物的濕化學方法低溫混合化學合成得到鋰鈷氧化合物的前驅體，前驅體過濾洗滌干燥，其特征在于前驅體過濾洗滌，濾餅水分含量20％～50％，濾餅干燥的同時進行粉碎，得到鋰鈷氧化合物的前驅體粉狀物料；將上述粉狀物料與鈷化合物、鋰化合物混合均勻，混合后物料的鋰與鈷摩爾比為1∶0.9～1.1，然后進行焙燒，焙燒后的物料進行破碎，再進行第二次焙燒，制得具有優良電性能的鋰離子電池正極材料LiCoO2粉末。
2.據權利要求1所述的制備鋰離子電池正極材料LiC0O2的方法，其特征在于濾餅干燥溫度為120℃～500℃。
3.據權利要求1或2所述的制備鋰離子電池正極材料LiCoO2的方法，其特征在于鈷化合物和鋰化合物為氫氧化亞鈷、碳酸鈷、四氧化三鈷、硝酸鈷、硝酸鋰、乙酸鋰、氫氧化鋰、碳酸鋰中的至少一種。
4.據權利要求1所述的制備鋰離子電池正極材料LiCoO2的方法，其特征在于第一次焙燒制度為升溫速度1～10℃/min，保溫溫度450～950℃，保溫時間0.5～24小時，降溫速度1～10°C/min。
5.根據權利要求1所述的制備鋰離子電池正極材料LiCoO2的新工藝，其特征在于第二次焙燒制度為升溫速度1～10°C/min，保溫溫度550～1000℃，保溫時間2～24小時，降溫速度1～10℃/min。
全文摘要
一種鋰離子電池正極材料LiCoO
文檔編號C01D15/00GK1810655SQ20061003126
公開日2006年8月2日 申請日期2006年2月24日 優先權日2006年2月24日
發明者習小明, 李普良, 湛中魁 申請人:長沙礦冶研究院