锂离子电池正极材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种锂离子电池正极材料，包括锰酸锂或钴酸锂，所述钴酸锂、锰酸锂中外加有0.5-5％wt的铝化合物。本发明在钴酸锂正极材料中加入铝化合物，避免过量的锂离子进入负极，从根本上杜绝了安全隐患，解决了钴酸锂锂离子电池头痛的安全问题，提高了电池的安全性，显著提高了锰酸锂的导电性能，提高了电池的使用寿命，具有良好的安全性能及高的容量特性。本发明是用一种高密度、晶形结构完整的含铝前驱体煅烧而成，此工艺简单、成本低，容易工业化，采用特殊的沉淀工艺，制备一种含铝钴、锰前驱体，可有效的控制产品的粒度、密度使形状为球形颗粒，洗涤效果好，用此前驱体很容易制备本发明的含铝钴酸锂或者锰酸锂。
【专利说明】锂离子电池正极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种改进的锂离子电池正极材料，尤其是加有铝化物的锰酸锂或钴酸 锂锂离子正极材料。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池是一种新兴电源，它具有电压高、容量大、安全及环保等诸多有点，因 此在二次电池领域受到广泛应用。目前锂离子电池的正极材料应用最为普遍的是钴酸锂、 锰酸锂，钴酸锂有高容量特性、低安全性，锰酸锂有高安全性但其容量低，钴酸锂克容量能 达到160mAh/g，锰酸锂的克容量则只有130mAh/g，如何提高钴酸锂的安全性能以及提高锰 酸锂的克容量性能是当前技术革新的重点。
【发明内容】
[0003] 发明目的：本发明为了克服上述已有技术的缺点和不足，提供一种安全性能好的 钴酸锂、高容量性能的锰酸锂的制备方法，使制备出来的钴酸锂、锰酸锂具有良好的安全性 能、较高的容量性能，从而提高锂离子电池电化学性能，提高电池的质量。
[0004] 本发明提供了一种优异的钴酸锂、锰酸锂制备方法，通过控制合成工艺，首先合成 一种高密度球形钴铝或锰铝前驱体，再把此前驱体按一定比例与碳酸锂或者氢氧化锂混合 后煅烧，获得高密度含铝钴酸锂或者锰酸锂，该法工艺简单，容易实现工艺化，并且合成的 含铝钴酸锂、锰酸锂显示更好的特性，与以往的钴酸锂、锰酸锂比较，显著地提高了电池的 质量。
[0005] 技术方案：一种锂离子电池正极材料，包括锰酸锂或钴酸锂，其特征在于：所述钴 酸锂、锰酸锂中外加有0. 5-5% wt的铝化合物。
[0006] 作为优化：所述铝化合物外加量为0. 5?5% wt，是本发明试验所得优化区间，并 非数学精确值；但加入量过低，则改善效果不够明显，加入量过高，又会导致活性物质含量 降低，质量能量比下降，造成电池容量减小。本发明更好外加量为1-2% wt。
[0007] 作为优化：所述铝化合物为醋酸铝、硝酸铝，氧化铝、硫酸铝、氢氧化铝中一种或二 种及以上混合，本发明较好采用醋酸铝，采用氧化铝不易引入影响正极材料的杂质元素，更 有利于改善正极材料性能。
[0008] 作为优化：所述铝化合物在制备钴酸锂过程中加入，有利于两种材料的原子结合。
[0009] 作为优化：所述的锂离子电池正极材料的制备方法，按如下步骤进行：
[0010] 1)用纯水将工业级的碱性沉淀剂、络合剂配成碱性沉淀剂浓度为4M?10M、络合 剂浓度为2M?6M的溶液；
[0011] 2)用纯水分别将工业级的钴盐或者锰盐配制成金属浓度为0.3M?8M的溶液；
[0012] 3)用纯水将工业级的铝盐配制成铝盐浓度为0. 1M?6M的溶液；
[0013] 4)开启反应釜的搅拌，投入2L的去离子水做底水，并将底水加热到30°C?50°C。 按a : b = l : 0.5?2,将a、b两种溶液并流至IJ反应釜中，控制PH值9?13. 5,同时按一 定比例加入C溶液，反应生成的浆料溢流在另一个容器中陈化4?10小时即可；
[0014] 5)然后过滤d项的沉淀，并用滤饼的4?15倍重量的纯水洗涤3?6次，指导洗 水电导率小于200 μ S/cm，然后过滤，滤饼在120?200°C的烘箱中干燥4?10小时即可；
[0015] 6)取e项的烘干粉末1份、碳酸锂0. 45?0. 55份，放入混合机中充分混合后，在 900°C?1000°C温度下煅烧5?10小时，即可得到含铝钴酸锂或者锰酸锂。
[0016] 作为优化：所述的钴盐或者锰盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、硫酸锰、硝酸锰、氯化 锰中的一种或几种。
[0017] 作为优化：所述的碱性沉淀剂为碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或几种。
[0018] 作为优化：所述的络合剂为草酸、梓檬酸、EDTA、氨水中的一种或几种。
[0019] 有益效果：本发明在钴酸锂正极材料中加入铝化合物，避免过量的锂离子进入负 极，从根本上杜绝了安全隐患，解决了钴酸锂锂离子电池头痛的安全问题，提高了电池的安 全性，显著提高了锰酸锂的导电性能，提高了电池的使用寿命，具有良好的安全性能及高的 容量特性。本发明是用一种高密度、晶形结构完整的含铝前驱体煅烧而成，此工艺简单、成 本低，容易工业化，采用特殊的沉淀工艺，制备一种含铝钴、锰前驱体，可有效的控制产品的 粒度、密度使形状为球形颗粒，洗涤效果好，用此前驱体很容易制备本发明的含铝钴酸锂或 者锰酸锂。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。
[0021] 实施例1 :
[0022] 用纯水将硫酸钴配成2M、柠檬酸配成1M的混合溶液，用纯水将氢氧化钾配成7M、 草酸配成2M的混合溶液，开启反应容器的搅拌，将硫酸铝配制成0. 2M的溶液，投入2升的 纯水，并将底水加热到40°C，硫酸钴以10ml/min的流速加入到反应容器中，硫酸铝以lml/ min碱性沉淀剂碳酸氢铵以10?30ml/min的流速加入到反应容器中，通过调节氢氧化钾的 流速，控制PH值为10±0. 2,反应生成的沉淀悬浮液溢流到另一容器中陈化，陈化6小时后， 将沉淀洗涤干净，直到洗涤水电导率小于200 μ S/cm，然后过滤，把滤饼在120°C烘干，烘干 后的产物再与碳酸锂混合在l〇〇〇°C温度下煅烧8小时，得到含铝钴酸锂混合物锂离子电池 正极材料。
[0023] 实施例2 :
[0024] 用纯水将氯化钴配成2M、柠檬酸配成1M的混合溶液，用纯水将氢氧化钾配成7M、 草酸配成2M的混合溶液，开启反应容器的搅拌，将氯化铝配制成0. 2M的溶液，投入2升的 纯水，并将底水加热到40°C，氯化钴以10ml/min的流速加入到反应容器中，氯化铝以lml/ min碱性沉淀剂碳酸氢铵以1〇?30ml/min的流速加入到反应容器中，通过调节氢氧化钾的 流速，控制PH值为10±0. 2,反应生成的沉淀悬浮液溢流到另一容器中陈化，陈化6小时后， 将沉淀洗涤干净，直到洗涤水电导率小于200 μ S/cm，然后过滤，把滤饼在120°C烘干，烘干 后的产物再与碳酸锂按比例混合在l〇〇〇°C温度下煅烧8小时，得到含铝钴酸锂混合物锂离 子电池正极材料。
[0025] 实施例3 :
[0026] 用纯水将硫酸锰配成2M、柠檬酸配成1M的混合溶液，用纯水将氢氧化钾配成7M、
【权利要求】
1. 一种锂离子电池正极材料，包括锰酸锂或钴酸锂，其特征在于：所述钴酸锂、锰酸锂 中外加有0. 5-5% wt的铝化合物。
2. 根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述铝化合物外加量为 0· 5 ?5% wt〇
3. 根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述铝化合物为醋酸铝、 硝酸铝，氧化铝、硫酸铝、氢氧化铝中一种或二种及以上混合。
4. 根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述铝化合物在制备钴 酸锂过程中加入。
5. 根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料的制备方法，按如下步骤进行： 1) 用纯水将工业级的碱性沉淀剂、络合剂配成碱性沉淀剂浓度为4M?10M、络合剂浓 度为2M?6M的溶液； 2) 用纯水分别将工业级的钴盐或者锰盐配制成金属浓度为0.3M-8M的溶液； 3) 用纯水将工业级的铝盐配制成铝盐浓度为0. 1M?6M的溶液； 4) 开启反应釜的搅拌，投入2L的去离子水做底水，并将底水加热到30°C?50°C。按 a : b = l : 0.5?2,将a、b两种溶液并流到反应釜中，控制PH值9?13. 5,同时按一定 比例加入c溶液，反应生成的浆料溢流在另一个容器中陈化4?10小时即可； 5) 然后过滤d项的沉淀，并用滤饼的4?15倍重量的纯水洗涤3?6次，指导洗水电 导率小于200 μ S/cm，然后过滤，滤饼在120?200°C的烘箱中干燥4?10小时即可； 6) 取e项的烘干粉末1份、碳酸锂0. 45?0. 55份，放入混合机中充分混合后，在 900°C?1000°C温度下煅烧5?10小时，即可得到含铝钴酸锂或者锰酸锂。
6. 根据权利要求5所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述的钴盐 或者锰盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种或几种。
7. 根据权利要求5所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述的碱性 沉淀剂为碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或几种。
8. 根据权利要求5所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述的络合 剂为草酸、柠檬酸、EDTA、氨水中的一种或几种。
【文档编号】H01M4/505GK104064744SQ201310087193
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月19日 优先权日:2013年3月19日
【发明者】张新龙, 王梁梁, 陈亮, 刘奇 申请人:南通瑞翔新材料有限公司