CN103050685A - 一种改善正极材料LiCoO2电性能的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种改善正极材料LiCoO2电性能的制备方法,按照下列步骤完成:四氧化三钴、锂盐混合(加入添加剂T1)→预处理→在600~1100℃温度下进行第一次烧结6~20小时→表面处理→二次混合→预处理→400~800℃惰性气氛中烧结5~10小时进行低温二次烧结→表面处理→产品。利用本发明生产出来的改性钴酸锂不但具有原有性质,而且还能够实现高倍率、大电流充放电。以锂片为负极材料制成的电池进行测试,测试电流倍率为0.2C,电压范围在2.9V~4.2V之间,测得材料的比容量大于160mAh/g,循环100次,放电平台保持率在85%以上,容量保持率在95%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池正极材料钴酸锂电导率改性的制备方法,属于新能源与高效节能-新型高效能量转换与储存技术和相关产品制备的技术领域。
背景技术
钴酸锂是锂离子电池的正极材料,也是锂离子电池的关键组成部分,约占锂离子电池电芯材料成本的三分之一左右,是目前生产工艺最为成熟、电池性能最可靠并获得最广泛商业应用的锂离子电池正极材料。钴酸锂作为锂离子电池主流的正极材料,广泛应用于移动电话、便携电脑、摄像机等小型移动电子产品电池中,一般这些领域都属于小电流放电。而如今,随着航天技术及军事科技的高度进步,电子信息设备日益向轻量化、小型化和便携式方向发展,对于一些大电流放电领域(也就是高倍率放电),目前市售产品导电能力较差、容量低、不能实现高倍率充放电。
发明内容:
本发明的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足,而提供一种改善正极材料LiCoO2电性能的制备方法,利用该制备方法可获得高倍率充放电、导电能力强、高容量、安全性能和电性能优越的钴酸锂正极材料。
如上构思,本发明的技术方案是:一种改善正极材料LiCoO2电性能的制备方法,其特征在于:按照下列步骤完成:
1)选用电池级的碳酸锂或氢氧化锂和电池级的四氧化三钴为原料,并且按照锂钴摩尔比1~1.1:1的比例进行配比;选稀土元素氧化物、较高价态的Bi、Sn、Ce、Ti、Mo、Zr、V、Cr、Nb、Ni过渡金属氧化物中的一种或几种作为添加剂T1,每种添加剂的重量是四氧化三钴重量的0.05%~0.2%;将电池级的碳酸锂或氢氧化锂、电池级的四氧化三钴和添加剂T1混合均匀;
2)将1)得到混合均匀的材料在600~1100℃温度下烧结6~20小时,并经过表面处理,得到高密度的钴酸锂一次料;
3)在2)中得到的钴酸锂一次料中加入含碳物质并混合均匀,碳含量重量比是钴酸锂一次料重量的0.02%~5%,根据碳含量计算出所加入含碳物质的重量;
4)将3)混合均匀的物料在400~800℃惰性气氛中烧结5~10小时,并在300~800℃温度下保温8-10小时,最后将这些物料进行粉碎、筛分,即可得到改性碳包裹钴酸锂正极材料。
上述添加剂T1选用TiO2、Al2O3、Nd2O3、Nb2O5稀土氧化物中的一种或几种。
上述含碳含碳物质选用蔗糖、柠檬酸、葡萄糖、纳米碳粉中的一种或几种。
本发明采用二次烧结的处理工艺:一次烧结混入稀土元素氧化物、较高价态的Bi、Sn、Ce、Ti、Mo、Zr、V、Cr、Nb、Ni等过渡金属氧化物,利用这些元素在高温时的特性,形成结构完整、高压实密度、循环性能优越的改性复合钴酸锂;再在改性复合钴酸锂中加入含碳物质在惰性气体保护下,加温到一定温度进行第二次烧结,使其碳化,均匀的包覆在钴酸锂晶体表面。
利用本发明生产出来的改性钴酸锂不但具有原有性质,而且还能够实现高倍率、大电流充放电。以锂片为负极材料制成的电池进行测试,测试电流倍率为0.2C,电压范围在2.9V~4.2V之间,测得材料的比容量大于160mAh/g,循环100次,放电平台保持率在85%以上,容量保持率在95%以上。
利用本发明生产出的产品具有如下特点:
1、单晶更大的颗粒、更高的压实密度、极低比表面积;
2、结晶度高、材料的加工性能优异;
3、电化学性能优异、容量高、容量保持率高;
4、优越的高倍率充放电性能。
附图说明:
图1是改性碳包覆钴酸锂的XRD谱图;
图2是改性碳包覆钴酸锂的SEM图;
图3是改性碳包覆钴酸锂的能谱图。
具体实施方式:
实施例1:一种改善正极材料LiCoO2电性能的制备方法,其特征在于:按照下列步骤完成:
1)选用四川天齐锂业的电池级碳酸锂和宁波科博特钴镍有限公司的GB-100型号四氧化三钴为原料,并且按照锂钴摩尔比1.035:1的比例进行配比。添加TiO2、ZrO2和Nb2O5作为添加剂T1,其中TiO2的添加重量是四氧化三钴重量的0.12%、ZrO2的添加重量是四氧化三钴重量的0.1%、Nb2O5的添加重量是四氧化三钴重量的0.15%。将电池级碳酸锂、宁波科博特钴镍有限公司的GB-100型号四氧化三钴、TiO2、ZrO2和Nb2O5进行掺杂混配,并混合均匀。
2)将1)得到混合均匀的物料装入耐火匣钵中,推入高温推板窑炉内,在600~960℃温度下保温12小时后,缓慢推出窑炉,得到高密度的钴酸锂一次料。
3)在2)中得到的钴酸锂一次料中,加入钴酸锂一次料重量6%的葡萄糖,并混合均匀。
4)将混合均匀的物料装入耐火匣钵中,推入300~600℃N2气体保护的高温窑炉内保温8小时后,冷却至室温后缓慢推出窑炉。
5)将出炉的物料进行粉碎、筛分,即可得到本发明的改性碳包覆钴酸锂正极材料。
采用实例1生产工艺所制备的碳包覆钴酸锂,压实密度为3.9~4.2g/cm3;以锂片为负极材料制成的电池进行测试,测试电流倍率为0.2C,电压范围在2.9V~4.2V之间,测得材料的比容量为160mAh/g,循环100次时,放电平台保持率在87%,容量保持率在96%。
实施例2:一种改善正极材料LiCoO2电性能的制备方法,其特征在于:按照下列步骤完成:
1)选用四川天齐锂业的电池级碳酸锂和宁波科博特钴镍有限公司的GB-100型号四氧化三钴为原料,并且按照锂钴摩尔比1.045:1的比例进行配比。添加TiO2、CeO2和Nb2O5作为添加剂T1,其中TiO2的添加重量是四氧化三钴重量的0.12%、ZrO2的添加重量是四氧化三钴重量的0.1%、Nb2O5的添加重量是四氧化三钴重量的0.15%。将电池级碳酸锂、宁波科博特钴镍有限公司的GB-100型号四氧化三钴、TiO2、ZrO2和Nb2O5进行掺杂混配,并混合均匀。
2)将1)得到混合均匀的物料装入耐火匣钵中,推入高温推板窑炉内,在600~1100℃温度下保温10小时后,缓慢推出窑炉。
3)在2)中得到的钴酸锂一次料中,加入钴酸锂一次料重量8%的柠檬酸,并混合均匀。
4)将混合均匀的物料装入耐火匣钵中,推入300~700℃N2气体保护的高温窑炉内,保温10小时后,冷却至室温后缓慢推出窑炉。
5)将出炉的物料进行粉碎、筛分,即可得到本发明的改性碳包覆钴酸锂正极材料。
采用实施例2生产工艺所制备的改性碳包覆钴酸锂,压实密度为3.9~4.2g/cm3;以锂片为负极材料制成的电池进行测试,测试电流倍率为0.2C,电压范围在2.9V~4.2V之间,测得材料的比容量为161.1mAh/g,循环100次时,放电平台保持率在87%,容量保持率在95.5%。
综上所述,本发明是在我司原有HYC-A型锂离子电池正极材料钴酸锂的基础上,利用具有超强导电能力的有机碳材料,来改善钴酸锂的倍率、循环性能,从而使材料具有目前市场上正在使用钴酸锂高能量、长循环寿命、良好的加工性能、良好的安全性能、高质量比能量等特性外,而且还能够实现大电流、高倍率放电;本法制备的碳包覆钴酸锂正极材料压实密度可以做到3.9~4.2g/cm3之间,电化学放电容量达到160mAh/g以上,可以满足5C以上的大电流放电。
Claims (3)
1.一种改善正极材料LiCoO2电性能的制备方法,其特征在于:按照下列步骤完成:
1)选用电池级的碳酸锂或氢氧化锂和电池级的四氧化三钴为原料,并且按照锂钴摩尔比1~1.1:1的比例进行配比;选稀土元素氧化物、较高价态的Bi、Sn、Ce、Ti、Mo、Zr、V、Cr、Nb、Ni过渡金属氧化物中的一种或几种作为添加剂T1,每种添加剂的重量是四氧化三钴重量的0.05%~0.2%;将电池级的碳酸锂或氢氧化锂、电池级的四氧化三钴和添加剂T1混合均匀;
2)将1)得到混合均匀的材料在600~1100℃温度下烧结6~20小时,并经过表面处理,得到高密度的钴酸锂一次料;
3)在2)中得到的钴酸锂一次料中加入含碳物质并混合均匀,碳含量重量比是钴酸锂一次料重量的0.02%~5%,根据碳含量计算出所加入含碳物质的重量;
4)将3)混合均匀的物料在400~800℃惰性气氛中烧结5~10小时,最后将这些物料进行粉碎、筛分,即可得到改性碳包裹钴酸锂正极材料。
2.根据权利要求1所述的一种改善正极材料LiCoO2电性能的制备方法,其特征在于:上述添加剂T1选用TiO2、Al2O3、Nd2O3、Nb2O5稀土氧化物中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种改善正极材料LiCoO2电性能的制备方法,其特征在于:上述含碳含碳物质选用蔗糖、柠檬酸、葡萄糖、纳米碳粉中的一种或几种。
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130417 |