专利名称：掺杂镍酸锂的绿色环保合成方法
技术领域：
本发明涉及锂离子电池正极材料的一种合成方法，属于材料合成、电化学和电子产品
背景技术：
掺杂镍酸锂是最有希望取代钴酸锂的新一代锂离子电池正极材料。目前，制备掺杂镍酸锂的方法主要有固相合成法和液相合成法。固相合成法由于原料混合无法达到分子水平的均匀性，一般需要在较高温度下长时间保温，通常需要煅烧两次或两次以上，中间需要研磨过筛。其合成温度较高，合成时间较长，生产能耗较大。如果采用锂盐和过渡金属的碳酸盐、硫酸盐或硝酸盐为原料，则合成过程中会放出COx、SOx和NOx等有害气体，对环境产生不利影响。液相法虽然能实现原料在分子水平上的均匀混合，合成温度较低，但工艺复杂，产量低，很难大规模生产。由于液相法需要采用易溶于水的盐类为主要原料，而且需要添加酸、碱溶液以控制沉淀或凝胶的形成，因此在合成过程中有大量废液和废气产生，容易造成环境污染。
发明内容
本发明的目的在于克服传统固相合成法合成温度偏高、合成时间较长、能耗较大、锂的挥发损失较严重和液相合成法工艺复杂、产量低、难以大规模生产以及现有合成方法容易造成环境污染等不足，提供一种完全没有污染、合成温度较低、简便易行并且可以大规模生产高性能锂离子电池正极材料的新方法。
实现上述目的的关键是1.采用锂、镍和掺杂元素的氢氧化物或氧化物为原料，不使用锂、镍和掺杂元素的碳酸盐、硫酸盐或硝酸盐作原料，从源头上避免环境污染。2.通过高能球磨，使原料充分混合并发生机械化学反应，以降低合成温度、缩短合成时间，减少高温下长时间保温造成的锂的挥发损失。具体合成过程包括以下步骤(1)按目标产物的化学式计算锂、镍和掺杂元素氢氧化物或氧化物的用量(氢氧化锂或氧化锂的量通常要多加5～10％，以弥补合成过程中锂的挥发损失)；(2)将上述原料按比例称量混合，置于高能球磨机中进行机械化学处理；(3)将经过机械化学处理的中间产物置于电炉中在600℃～1200℃恒温煅烧4～24小时；
(4)将煅烧后的产物磨细，过300目筛，得到可用作锂离子电池正极材料的掺杂镍酸锂。
与现有合成工艺相比，本发明具有合成设备简单，操作方便；适合大规模生产；合成温度较低；合成产物均匀，结构、性能稳定，比容量高；整个合成过程不产生任何废气、废水和废渣等许多优点，是一种先进的绿色环保合成工艺。
实施例一、掺钛镍酸锂LiNi0.95Ti0.05O2的绿色环保合成1.将1.05摩尔氢氧化锂，0.95摩尔氢氧化镍，0.05摩尔二氧化钛准确称量，装入行星磨中进行机械化学处理12小时；2.将经过机械化学处理的中间产物装入氧化铝陶瓷坩埚，置于电炉中，加热到750℃，保温16小时，然后随炉冷却；3.冷却后，将合成产物碾磨，过300目筛，得到具有良好层状结构和电化学性能的LiNi0.95Ti0.05O2。
二、锰镍酸锂LiNi0.5Mn0.5O2的绿色环保合成1.将1.1摩尔氢氧化锂，0.5摩尔氢氧化镍，0.5摩尔氢氧化锰准确称量，装入行星磨中进行机械化学处理16小时；2.将经过机械化学处理的中间产物装入氧化铝陶瓷坩埚，置于电炉中，加热到900℃，保温20小时，然后随炉冷却；3.冷却后，将合成产物碾磨，过300目筛，得到具有良好层状结构和电化学性能的LiNi0.5Mn0.5O2。
权利要求
1.锂离子电池正极材料的一种合成方法，其特征是(1)以锂、镍和掺杂元素的氢氧化物或氧化物为原料；(2)上述原料按比例混合后在高能球磨机中进行机械化学处理；(3)机械化学处理后的中间产物在600℃～1200℃恒温煅烧，合成锂离子电池正极材料。
2.按权利1所述的合成方法，其特征是使用的高能球磨机为行星磨、搅拌磨或振动磨中的任何一种。
3.按权利1所述的合成方法，其特征是合成产物为层状结构的掺杂镍酸锂LiNi1-xMxO2(M为掺杂元素，0≤x≤0.5)。
4.按权利1所述的合成方法，其特征是掺杂元素为镁、锌、铬、铝、钛、锰、钴、镓中的一种或多种。
5.按权利1所述的合成方法，其特征是煅烧过程在空气或氧气中进行。
全文摘要
本发明为锂离子电池正极活性材料的一种制备方法。其特征是以锂、镍和掺杂元素的氢氧化物或氧化物为原料，通过机械化学反应－后煅烧技术合成具有层状结构的掺杂镍酸锂。本发明具有合成设备简单，操作方便；适合大规模生产；合成温度较低；合成产物均匀，结构、性能稳定，比容量高；整个合成过程不产生任何废气、废水和废渣等许多优点，是一种先进的绿色环保合成工艺。
文档编号H01M4/04GK1540782SQ0312335
公开日2004年10月27日 申请日期2003年4月25日 优先权日2003年4月25日
发明者叶乃清, 黄小毛 申请人:叶乃清, 黄小毛