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一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池

《一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池》是 惠州市豪鹏科技有限公司 于2015年6月5日申请的专利,该专利的公布号为CN106299346A,授权公布日为2017年1月4日,发明人是倪尔福、程君、李文良。该发明涉及锂离子二次电池领域。 
为克服2015年6月之前的技术中锂离子电池正极能量密度低的问题,该发明提供了一种正极活性材料,具有如下分子式:Li 4[NiMo 6O 24H 6]。同时,该发明还公开了上述正极活性材料的制备方法、含有上述正极活性材料的正极片以及锂离子电池。该发明提供的方法制备得到的正极活性材料有效克容量高,利于提高锂离子电池的能量密度。 
2021年11月,《一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池》获得第八届广东专利奖优秀奖。 
(概述图为《一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池》摘要附图) 

一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池基本信息

一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池附图说明

图1是《一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池》实施例1合成的正极活性材料的X射线衍射图。

图2是该发明实施例1合成的正极活性材料的扫描电子显微镜图。

图3是该发明实施例1合成的正极活性材料的各元素能谱分布图。

附图说明

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一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池造价信息

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表面活性剂KA

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表面活性剂Oπ-20

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一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池实施方式

一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池操作内容

《一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池》提供的正极活性材料具有如下分子式:Li4[NiMo6O24H6]。上述正极活性材料具有较高的理论克容量,可有效的提高锂离子电池的能量密度。根据该发明,优选情况下,所述正极活性材料的平均粒径为100-600纳米。纳米级的上述正极活性材料可以缩短锂离子在电极中的传输距离,从而在一定程度上提高离子电导率。利于进一步提高正极活性材料的导电性,提高其充放电容量,利于提高由该正极活性材料制备得到的锂离子电池的能量密度。

该发明还提供了上述正极活性材料的制备方法,包括将Li2MoO4溶于去离子水中,然后加入Ni2 的盐溶液,并调节pH值为3-4进行反应,随后在60-80℃蒸发溶液,析出沉淀,经冷却、过滤后得到所述正极活性材料。

该发明采用Li2MoO4及含Ni2 的氯化盐/硝酸盐/硫酸盐为主要合成原料,调节溶液pH值以有利于分子性簇离子的自组装形成,加热搅拌溶液进行化学反应,最终形成分子性簇离子[NiMo6O24H6]4-,溶液经蒸发浓缩后,Li 作为对阳离子与该阴离子结合,形成该发明中的化合物Li4[NiMo6O24H6]。

上述制备方法中,各物质的添加量可按Li4[NiMo6O24H6]中各元素的含量比进行添加,通常会根据实际情况适当过量添加,该发明中,优选情况下,所述Mo元素与Ni元素的物质的量之比为3-9:1。

根据该发明,为有效制备平均粒径小、杂质少的上述正极活性材料,优选情况下,过滤时,采用含有水和水溶性醇类有机溶剂的混合溶剂对沉淀进行冲洗,然后进行抽滤、干燥,得到所述正极活性材料。

通过上述方法制备得到的正极活性材料的平均粒径为纳米级,达到600纳米以下,优选情况下,所述正极活性材料的平均粒径为100-600纳米,更优选为100-500纳米,并且粒径均匀。纳米级的上述正极活性材料可以缩短锂离子在电极中的传输距离,从而在一定程度上提高离子电导率。

进行冲洗操作时,采用的混合溶剂中,水溶性醇类有机溶剂与水的体积比为1-5:1,优选为1-2:1。采用上述混合溶剂对沉淀进行冲洗,一方面可有效除去反应产物中的杂质,另一方面可有效避免所需的正极活性材料溶于溶剂中,导致产率降低。并且,采用上述组成的混合溶剂进行冲洗,所需的混合溶剂剂量少,并且利于减小正极活性材料的平均粒径。

上述步骤中所采用的水溶性醇类有机溶剂可采用常规的水溶性醇类有机溶剂,例如具体可以选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或异丙醇中的一种或多种。同时,该发明还提供了一种正极片,包括正极集流体和位于正极集流体上的正极材料,所述正极材料包括如前所述的方法制备得到的正极活性材料。与2015年6月之前正极片类似的,该发明中,所述正极集流体的种类已为该领域技术人员所公知,例如可以选自铝箔、铜箔、冲孔钢带。

根据该发明,正极材料内,正极活性材料的含量为20-99wt%,优选为20-90wt%,更优选为30-60wt%。该发明中,优选情况下,正极材料中,正极活性材料的平均粒径为600纳米以下,进一步优选情况下,所述正极活性材料的平均粒径为100-600纳米,更优选为100-500纳米。此时,利于进一步提高正极活性材料的导电性,提高其充放电容量,利于提高由该正极活性材料制备得到的锂离子电池的能量密度。所述正极材料中除上述正极活性材料外,通常还包括正极粘结剂和选择性含有的正极导电剂。

该发明所述的正极材料对正极粘结剂没有特别的限制,可以采用该领域已知的各种可用于锂离子二次电池的正极粘结剂,例如,可以为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或LA132中的一种或几种。所述正极材料中,所述正极粘结剂的含量为0.5-10wt%,优选为3-10wt%,更优选为5-10wt%。

该发明提供的正极材料还可以选择性的含有2015年6月之前的技术正极材料中通常所含有的正极导电剂。由于正极导电剂用于增加电极的导电性,降低电池的内阻,因此该发明优选含有正极导电剂。所述正极导电剂种类为该领域技术人员所公知,例如,所述正极导电剂可以选自导电碳黑、乙炔黑、炉黑、碳纳米管等正极导电剂中的一种或几种。

发明人在试验中意外的发现,该发明中,在正极活性材料为该发明提供的正极活性材料的基础上,当正极导电剂采用导电碳黑时,可实现更好的导电效果,使正极活性材料发挥出更高的克容量,从而更明显的提高锂离子电池的能量密度。

所述正极材料中,所述正极导电剂的含量为0.5-70wt%,优选为30-60wt%。此时,在采用该发明提供的方法制备的正极活性材料的基础上,在上述正极导电剂添加量的情况下,利于提高正极活性材料的克容量。

根据该发明,上述正极片的制备方法为公知的,例如,正极片的制备方法包括在正极集流体上涂覆含有正极活性材料、正极粘结剂和选择性含有的正极导电剂的浆料,干燥、辊压,裁片后即得到正极片。所述干燥通常在50-160℃,优选80-150℃下进行。所述辊压和裁片为该领域技术人员公知,辊压完成后,按照所制备电池要求的正极尺寸进行裁切,得到正极片。所述涂覆步骤在正极集流体上形成厚度为0.01-1毫米的正极材料层。

根据该发明,用于制备正极浆料的溶剂可以选自常规的溶剂,如可以选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二乙基甲酰胺(DEF)、二甲亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)以及醇类中的一种或几种。溶剂的用量使所述浆料能够涂覆到所述集流体上即可。

同时,该发明还提供了一种采用上述正极片的锂离子电池,包括电池壳体以及设置于电池壳体内的电芯,所述电芯包括依次设置的正极片、隔膜和负极片;所述正极片为如前所述的正极片。根据该发明,上述锂离子电池中,正极片以外的其余部件,例如电池壳体、隔膜、负极片等均可采用2015年6月之前的常规结构和材料。

例如,与2015年6月之前的技术一样,所述负极的组成为该领域技术人员所公知。负极中包含的负极活性物质包括能够与锂离子反应形成含锂化合物的材料,以及锂合金。优选情况下,使用金属锂片作为负极。

该发明中,如2015年6月之前的,隔膜设置于正极片和负极片之间,具有电绝缘性能和液体保持性能。所述隔膜可以选自锂离子二次电池中所用的各种隔膜,优选情况下,所述隔膜选自聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜。所述隔膜的位置、性质和种类为该领域技术人员所公知。

将上述正极片、隔膜、负极片依次设置,并通过常规的方式制备形成电芯。将上述电芯放置于电池壳体内,并通过正极极耳将正极片与电池的正极焊接,使正极片与电池的正极电连接,通过负极极耳将负极片与电池的负极焊接,使负极片与电池的负极电连接。

如该领域技术人员所公知的,将电芯置于电池外壳内之后,还需向电池外壳内注入电解液,使电芯浸没于电解液中,最后经过塑化和化成即可得到该发明提供的锂离子二次电池。

该发明对电解液没有特殊限制,可采用常规的各种,例如,如该领域技术人员所公知的,所述电解液由非水溶剂以及溶解于非水溶剂的电解质组成。上述非水溶剂没有特别限定,可使用迄今为止的非水溶剂。所述非水溶剂可以使2015年6月之前技术中的各种高沸点溶剂、低沸点溶剂或者他们的混合物。例如,可以选自γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸二苯酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、磺内酯以及其他含氟、含硫或含不饱和键的环状有机酯类、有机酸酐、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、环丁砜、乙腈、二甲亚砜中的至少一种。

所述非水溶剂中溶解的电解质,该发明同样没有特别的限定,可使用通常用于非水电解液锂二次电池的电解质。如六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiSbF6)、高氯酸锂(LiClO4)、氟烃基磺酸锂(LiCF3SO3)、Li(CF3SO22N、LiC4F9SO3、高铝酸锂(LiAlO4)、LiN(CxF2x 1SO2)(CyF2y 1SO2)(式中x和y为1-10的自然数)、氯化锂(LiCl)及碘化锂(LiI)中的一种或几种。非水电解液中电解质的浓度一般为0.1-2.0摩尔/升,优选为0.7-1.6摩尔/升。

一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池实施案例

  • 实施例1

该实施例用于说明该发明公开的正极活性材料及其制备方法。

1、正极活性材料制备

将5克(28.77毫摩尔)的Li2MoO4溶于60毫升去离子水中,随后加入1.2564克(4.78毫摩尔)的NiSO4·6H2O固体,再逐滴加入浓硫酸,调整溶液pH值为3.5,随后将溶液温度调到60-80℃,蒸发溶液,直到溶液中出现沉淀,停止加热,将溶液自然冷却。采用含有水与乙醇(体积比为1:1)的混合溶剂对沉淀进行清洗,随后进行抽滤、干燥,得到平均粒径为480纳米的正极活性材料。

2、晶体构造表征

对正极活性材料进行X射线衍射分析,其X射线衍射谱图如图1所示。

3、晶体形貌表征

对正极活性材料进行扫描电子显微镜分析,如图2所示,可以看出,正极活性材料的颗粒形貌为纳米级的棒状粒子。

4、元素成分分析

对沉淀物进行元素能谱分析,如图3所示,测得的Ni的质量分数为5.46%,Mo的质量分数为52.19%,并采用电感耦合等离子体光谱仪(ICP)对沉淀物中的锂元素进行含量分析,测得的Li的质量分数为2.58%,经换算,Li、Ni、Mo两者的摩尔比接近4:1:6,表明合成的正极活性材料为Li4[NiMo6O24H6]。

5、正极片的制备

将正极活性材料:导电碳黑:正极粘结剂(PVDF)按30%:60%:10%的质量百分比进行浆料制备、涂布、烘干、辊压、裁片,得到正极片。

6、锂离子电池的制备

采用上述正极片(直径14毫米),金属锂片为负极片,EC:DEC=3:7(体积比)(含1摩尔/升的LiPF6)为电解液,制成2032型扣式电池S1。

  • 实施例2

该实施例用于说明该发明公开的正极活性材料的制备方法、正极片及锂离子电池。

1、正极活性材料制备

将7.48克(43.02毫摩尔)的Li2MoO4溶于60毫升去离子水中,随后加入1.2564克(4.78毫摩尔)的NiSO4·6H2O固体,再逐滴加入浓硫酸,调整溶液pH值为3,随后将溶液温度调到60-80℃,蒸发溶液,直到溶液中出现沉淀,停止加热,将溶液自然冷却。采用含有水与乙醇(体积比为1:5)的混合溶剂对沉淀进行清洗,随后进行抽滤、干燥,得到平均粒径为475纳米的正极活性材料。

2、正极片的制备

将正极活性材料:导电碳黑:正极粘结剂(PVDF)按40%:55%:5%的质量百分比进行浆料制备、涂布、烘干、辊压、裁片,得到正极片。

3、锂离子电池的制备

采用上述正极片(直径14毫米),金属锂片为负极片,EC:DEC=3:7(体积比)(含1摩尔/升的LiPF6)为电解液,制成2032型扣式电池S2。

  • 实施例3

该实施例用于说明该发明公开的正极活性材料的制备方法、正极片及锂离子电池。

1、正极活性材料制备

将2.493克(14.34毫摩尔)的Li2MoO4溶于60毫升去离子水中,随后加入1.2564克(4.78毫摩尔)的NiSO4·6H2O固体,再逐滴加入浓硫酸,调整溶液pH值为4,随后将溶液温度调到60-80℃,蒸发溶液,直到溶液中出现沉淀,停止加热,将溶液自然冷却。采用含有水与乙醇(体积比为1:2)的混合溶剂对沉淀进行清洗,随后进行抽滤、干燥,得到平均粒径为450纳米的正极活性材料。

2、正极片的制备

将正极活性材料:导电碳黑:正极粘结剂(PVDF)按55%:42%:3%的质量百分比进行浆料制备、涂布、烘干、辊压、裁片,得到正极片。

3、锂离子电池的制备

采用上述正极片(直径14毫米),金属锂片为负极片,EC:DEC=3:7(体积比)(含1摩尔/升的LiPF6)为电解液,制成2032型扣式电池S3。

  • 实施例4

该实施例用于说明该发明公开的正极活性材料的制备方法、正极片及锂离子电池。正极片的制备方法与实施例1基本相同,区别在于采用乙炔黑替换导电碳黑,制成正极片。采用上述正极片,按照实施例1的方法制备得到2032型扣式电池S4。

  • 对比例1

该对比例用于对比说明该发明公开的正极活性材料的制备方法、正极片及锂离子电池。采用实施例1的方法制备锂离子电池,不同的是,采用常规的钴酸锂作为正极活性材料制备正极片以及锂离子电池。得到锂离子电池D1。

  • 对比例2

该对比例用于对比说明该发明公开的正极活性材料的制备方法、正极片及锂离子电池。采用实施例1的方法制备锂离子电池,不同的是,采用常规的钴酸锂作为正极活性材料,并采用乙炔黑替换导电碳黑制备正极片以及锂离子电池。得到锂离子电池D2。

性能测试

对上述制备得到的锂离子电池S1-S4以及D1、D2进行如下测试:25℃环境下,对电池在电压范围为1.5-4.2伏、电流密度为17毫安/克的条件下进行恒流充放电循环。得到的测试结果见表1。

表1

样品

首次放电容量(毫安时/克)

S1

405

S2

375

S3

351

S4

279

D1

145

D2

143

从表1的测试结果可以看出,采用该发明提供的方法制备得到的正极活性物质的粒径小,用于正极片上时,利于提高其导电性能。对比实施例1和实施例4的测试结果可知,采用导电碳黑与该发明方法制备的正极活性材料共同使用时,可更好的提高电池的导电性能和比容量。

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一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池专利背景

当今日常生活中,锂离子二次电池已被广泛应用于移动电话、笔记本电脑及其他数码产品中,是不可缺少的储能器件。2015年前,应用于锂离子电池的正极材料主要采用锂离子插嵌过渡金属层状氧化物,如LiCoO2、LiMn2O4等。该类材料的充放电过程依赖于锂离子在其晶格结构中的有序插入与脱嵌,这些材料的容量与循环稳定性主要由其晶体结构的稳定性决定。在充放电过程中,一旦晶体构造被破坏或失去可恢复性,电池的容量将衰减且循环性能恶化。

另外,这些传统的锂离子插嵌正极材料在充放电过程中大多只能进行单电子氧化还原反应,导致其可获得的比容量通常低于200毫安时每克-1,使得锂离子电池的能量密度较低。当前基于这些传统正极材料的锂离子电池对那些能量密度需求更高的应用领域,如混合动力车、纯电动车等,表现出不足之处。

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一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池常见问题

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一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池发明内容

一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池专利目的

《一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池》所要解决的技术问题是针对2015年6月之前的技术中锂离子电池能量密度低的问题,提供一种正极片。

一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池技术方案

《一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池》解决上述技术问题所采用的技术方案如下:提供一种正极活性材料,具有如下分子式:Li4[NiMo6O24H6]。

同时,该发明还提供了上述正极活性材料的制备方法,包括将Li2MoO4溶于去离子水中,然后加入Ni2 的盐溶液,并调节pH值为3-4进行反应,随后在60-80℃蒸发溶液,析出沉淀,经冷却、过滤得到所述正极活性材料。并且,该发明还提供了一种正极片,包括正极集流体和位于正极集流体上的正极材料,所述正极材料包括正极活性材料;所述正极活性材料为上述正极活性材料或者通过上述方法制备得到。另外,该发明还提供了采用上述正极片的锂离子电池,包括电池壳体以及设置于电池壳体内的电芯,所述电芯包括卷绕或层叠的正极片、隔膜和负极片;所述正极片为如前所述的正极片。

该发明提供的正极活性材料的分子为多面体构造,由六个八面体MoO6围绕一个中心八面体NiO6通过共价键结合为一个稳定的分子,其化学式为Li4[NiMo6O24H6]。

该发明所合成的化合物,可以作为锂离子电池正极材料使用。按Mo6 Mo3 进行氧化还原反应,六个过渡金属离子Mo6 全部还原为Mo3 可以提供18个电子,因此该材料可发挥的理论克容量非常高,达到459毫安时每克-1,约为传统正极材料如LiCoO2、LiFePO4等的三倍。

一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池改善效果

《一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池》提供的方法制备得到的Li4[NiMo6O24H6]的平均粒径非常小,达到600纳米以下,作为正极活性材料使用时,可更有效提高离子电导率,使其高理论克容量的优点得到充分利用,从而利于大大提高锂离子电池能量密度。

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一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池荣誉表彰

2021年11月,《一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池》获得第八届广东专利奖优秀奖。

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一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池文献

锂离子电池正极材料研究进展 锂离子电池正极材料研究进展

锂离子电池正极材料研究进展

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287 正极材料是锂离子电池的关 键材料之一。在简要介绍几 种正极材料的基本性质之后 ,本文将从理论模拟、 材料合成和 表面改性三方面介绍近年来本实验室在锂离子电池正极材料 方面的研究进展。 1主要正极材料的基本性质 对于目前的锂离子电池来说 ,正极材料是锂离子的唯一 或主要提供者。 由于这个原因 ,锂离子电池正极材料的种类比 负极材料的种类少得多。目前锂离子电池使用的正极材料主 要 是 锂 过 渡 金 属 氧 化 物 , 包 括 六 方 层 状 结 构 的 LiCoO2、 LiNiO2、LiMnO2和 LiNi1-x-yCoxMnyO2(0≤x,y≤1,x+y≤1),尖 晶石结构的 LiMn2O4以及聚阴离子类正极材料如橄榄石结构 的 LiFePO4。 LiCoO2是最早 发现也 是目前研 究 得最深 入的锂 离子 电 池正极材料。 LiCoO2的理论比容量为 274mAh/g,实际比容

锂离子电池若干正极材料体系的研究进展 锂离子电池若干正极材料体系的研究进展

锂离子电池若干正极材料体系的研究进展

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页数: 17页

2012 年 第 57 卷 第 27 期: 2570 ~ 2586 www.scichina.com csb.scichina.com 英文引用格式: Yang Y, Gong Z L, Wu X B, et al. Recent progress in cathode materials for Li-ion batteries (in Chinese). Chin Sci Bull (Chin Ver), 2012, 57: 2570–2586, doi: 10.1360/972011-2149 《中国科学 》杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 专辑 : 新型能源材料 评 述 自然科学基金项目进展专栏 锂离子电池若干正极材料体系的研究进展 杨勇 ①②, 龚正良 ②, 吴晓彪 ①, 郑建明 ①, 吕东平 ① ① 厦门大学化学化工学院 , 固体表面物理化学国家重点实验室

锂离子电池正极材料及其制备方法发明内容

锂离子电池正极材料及其制备方法专利目的

《锂离子电池正极材料及其制备方法》的目的之一是提供一种制备体积比容量高、循环性能好、安全性能优异的钴酸锂正极材料的方法。

锂离子电池正极材料及其制备方法技术方案

《锂离子电池正极材料及其制备方法》所采用的技术方案为:

(1)以四氧化三钴和碳酸锂为原料,按锂钴比1.05—1.20进行配料,干粉混合均匀后,在800—900℃、优选为860—900℃的温度下进行第一次合成,并将合成所得的钴酸锂进行粉碎,得到A料;

(2)以碳酸锂和碳酸钴为原材料,按化学计量比LiCoO2进行配料,经球磨均匀,得到B料;

(3)将上述的A料与B料混合,行机械造粒,使B料粘附在A料颗粒表面,其中,A料与B料的配比为A:B=(90—70):(10—30);

(4)将步骤(3)制得的物料进行二次合成,升温至900—1100℃的合成温度下进行保温。

其中,步骤(1)中所采用的四氧化三是按如下方式制备的:以碳酸钴或者草酸钴为原料,Sb2O3为掺杂剂,按Co:Sb=1:(0.002-0.02)的摩尔比混合均匀,然后将所得配料进行加热。优选地,所得配料进行加热的方式为:先将所述配料在300-500℃下进行加热处理,再将所述处理后的配料在750-920℃进行加热处理。

《锂离子电池正极材料及其制备方法》在制备四氧化三钴原料时就加入改性剂进行掺杂,这种掺杂方法使得掺杂物质能够较好地分布在原料中,因而在合成钴酸锂时能够更均匀地分布到钴酸锂晶体结构中。

另外,在该发明的步骤(2)中可以进一步采用Sb2O3作为掺杂剂,并按化学计量比Li1.0Co(1-X)SbXO2进行配料,其中0.001≤x≤0.03。

在《锂离子电池正极材料及其制备方法》中,采用Sb2O3掺杂后的钴酸锂材料六方层状结构层间距增大有利于锂离子的嵌入/脱嵌,提高了锂离子在材料中的扩散系数,有利于提高材料的质量比容量;而且,Sb2O3掺杂使得钴酸锂材料在锂离子嵌入/脱嵌过程中的结构稳定性增加,从而使得材料的安全性能和长期循环性能得到有效改善。

为了在步骤(3)中更好地进行机械造粒,步骤(2)中最好采用小粒度的碳酸钴或者草酸钴作为原料,例如可以采用纯度≥99.9%、粒度(或称粒径)D50≤2微米的碳酸锂,采用粒度为0.1微米≤D50≤1微米的碳酸钴。这是因为在二次合成前,粒度小、比表面积大的碳酸钴和碳酸锂的混合粉体更容易通过机械造粒的方式粘附在第一次合成的钴酸锂大颗粒上面。

优选地,步骤(2)中所采用的Sb2O3掺杂剂的粒度为0.01微米≤D50≤0.5微米。

《锂离子电池正极材料及其制备方法》所谓的机械造粒是采用机械挤压和研磨的方式进行造粒,其可以是干法造粒,也可以是添加适当挥发性溶剂或粘结剂的湿法造粒。优选采用对环境友好的干法造粒。

《锂离子电池正极材料及其制备方法》采用机械造粒的独特工艺路线,可以有效地提高钴酸锂正极材料的颗粒粒度和振实密度,从而提高正极材料的压实密度和体积比容量。

优选地,上述步骤(4)中进行二次合成时,首先升温至700—800℃的温度区间并保温0—5小时。

另一方面,《锂离子电池正极材料及其制备方法》目的还在于提供一种采用上述方法制备的、体积比容量高、循环性能好、安全性能优异的钴酸锂正极材料,该钴酸锂正极材料的化学组成通式为Li(1 Y)Co(1-X)SbXO2,其中,0.001≤x≤0.03,0≤Y≤0.08

优选地,上述的钴酸锂正极材料的颗粒度D50≥9.5微米,振实密度在2.8-3.2克/立方厘米之间。

通过对《锂离子电池正极材料及其制备方法》所制备的钴酸锂材料的X衍射分析表明,晶胞的a和c轴都有所增大,总的晶胞体积也在增大,这是由于Sb部分取代Co元素引起的晶体结构的改变。

其中,标准钴酸锂的晶体结构参数为a=0.2816纳米,c=1.4056纳米,c/a=4.899,单胞体积V/A=96.5390。而对《锂离子电池正极材料及其制备方法》一实施例中制备的钴酸锂材料的晶体结构参数进行X衍射测试,得到:a=0.2862纳米,c=1.4284纳米,单胞体积V/A=101.3015。

对于《锂离子电池正极材料及其制备方法》制备的钴酸锂材料的晶体结构参数,可能会由于Sb的添加量不同等因素而略有不同。

由于《锂离子电池正极材料及其制备方法》是在合成四氧化三钴原料时就采用Sb2O3进行掺杂改性这种掺杂方法使得掺杂物质能够较好地分布在钴原料中,因而在合成钴酸锂时能够更均匀地分布到钴酸锂晶体结构中然后采用机械造粒(低温造粒)的独特工艺路线进行材料的制备,因而所制得的材料综合性能优异:材料粒度D50≥9.5微米,振实密度>2.8克/立方厘米,体积比容量≥560毫安时/立方厘米,初始比容量≥145毫安时/克,36伏电压平台>85%,500周循环放电>90%,3库仑5伏过充合格。

《锂离子电池正极材料及其制备方法》制备的材料既可以实现大颗粒、高振实以及优良的极片加工性能,而且材料结构更稳定,循环性能、安全性能等综合性能优异,能够满足市场上对高容量高性能锂离子电池用正极材料的需求。

《锂离子电池正极材料及其制备方法》采用分步合成工艺,第一次合成时采用过量的锂使得在较低的温度下即可得到较大的钴酸锂颗粒;然后在二次合成前将粒度小比表面积大的碳酸钴和碳酸锂的混合粉体通过机械造粒的方式粘附在一步合成的钴酸锂大颗粒上面。由于第一次合成的反应并不能消耗掉过量的锂,颗粒表面仍有多余的未反应的锂存在,通过第二次合成的高温合成,颗粒表面过量的锂可以与粘附在其表面的碳酸反应,使一步合成的钴酸锂颗粒继续长大,从而获得大颗粒、高振实钴酸锂材料。

锂离子电池正极材料及其制备方法改善效果

《锂离子电池正极材料及其制备方法》具有工艺简单、工艺范围宽、容易实现规模化生产的优点所制备的材料具有粒度大、振实高、比容高、循环寿命长、安全性能好等特点,可显著提升锂离子电池体积比能量和循环保持率、提高电池的综合性能。

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锂离子电池正极材料及其制备方法技术领域

《锂离子电池正极材料及其制备方法》涉及二次锂离子电池用的钴酸锂材料及其制备方法,更具体地讲,涉及一种二次锂离子电池用的高体积比容量的钴酸锂材料及其制备方法。

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锂离子电池正极材料及其制备方法荣誉表彰

2017年12月11日,《锂离子电池正极材料及其制备方法》获得第十九届中国专利优秀奖。

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