高能量密度锂电池正极复合材料的制备方法技术

技术编号:7479054 阅读:368 留言:0更新日期:2012-07-05 02:39
本发明专利技术公开了高能量密度锂电池正极复合材料的制备方法,制备方法使得复合材料的1C克容量:C-【n×A+(1-n)×B】>4mAh/g,其中的A为LiCoO2的1C克容量,B为LiNixCoyM(1-x-y)O2的1C克容量,C为复合材料的1C克容量,0<n<1,并且最大压实密度≥4.1g/cm3,包括以下步骤:将LiCoO2与LiNixCoyM(1-x-y)O2两种材料按重量比2:8-8:2混合均匀,M为Mn或Al,0.3≤x≤0.9,0≤y≤0.4;混合的同时或混合后进行处理以减少混合材料表面残留的碳酸锂、氧化锂杂质。本发明专利技术制得的高能量密度锂电池正极复合材料具有正极浆料与极片加工性能优良、循环性能好的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子电池,尤其是涉及。
技术介绍
锂离子二次电池具有比容量高、工作电压高、工作温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、无记忆效应、无污染、重量轻、安全性能好等优点,因而广泛应用于手机、数码相机、 笔记本电脑等移动设备。随着科技的发展,各种采用锂离子电池的数码产品更新升级速度很快,产品大都趋于便携化、经济化,这就要求锂离子电池产品要向高能量密度、低成本方向发展,近年来以价格昂贵的Licoa正极材料为主的锂电池厂家已经很难降低成本,因此很有必要寻找一种低成本同时具有较高能量密度和维持良好电池性能的正极替代材料。为了寻找低成本、高能量密度替代LiCoA的材料,主要是通过提高材料的压实密度和容量来实现。目前LiCoA正极材料是开发最早最成熟的产品,具有压实高,加工性能良好的特点,其缺点是资源短缺,价格昂贵,提高其压实密度的同时会引起其他电性能尤其是循环性能的下降,进一步提高能量密度的空间已经很小。镍基/三元材料(LiNixC0yM(1_x_y) O2)具有容量高,循环性能稳定,价格便宜等优点,但是同钴酸锂材料相比,其主要缺点是电导率低和压实密度不高,极大的制约了该材料在高能量密度锂离子电池上的应用。把 LiCoO2和LiNixCoyM(1_x_y)A两种材料按特定比例混合,两种形貌、不同粒径的颗粒互补性使得整体压实密度较高,而由于LiCoA的加入,弥补了 LiNixCoyM(1_x_y)A的电导率相对较差的缺点,使得混合后的实际克容量比两者按混合比例拟合出的容量也有提高,同时循环性能维持较高的水平,体现出一种协同效应。因此将LiCc^2和LiNixCoyM(1_x_y)A两种材料混合使用能实现降低成本、提高能量密度的目的。目前,国内电池厂家的普遍做法是直接把LiCoA和LiNixCoyM(1_x_y) O2两种材料按一定比例混合,然后加入导电剂、粘结剂、溶剂制成电池正极,这种混合只是简单的将LiCoA 和LiNixCoyM(1_x_y)02进行混合,由于材料表面残留碳酸锂、氧化锂等杂质对LiCoA的导电剂作用有所抑制,因而这种类方法制备出的正极材料的克容量发挥不够高,其数值只是各单体材料本身克容量的拟合值或提高不大。例如将重量比为η (1-η)的LiCc^2和LiNixCoyM (1-x-y)02进行简单混合,制备出的正极材料IC克容量C nXA+ (l-n)XB,其中A为LiCc^2 的 IC 克容量,B 为 LiNixCoyM (1_x_y)02 的 IC 克容量,O < η < 1,LiCoO2 和 LiNixCoyM(1_x_y)A 的协同效应不能最大程度发挥出来。同时这种直接混合存在制得的浆料及极片加工性能不良,大批量生产时正极浆料及极片一致性不好等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供,使得复合材料的IC克容量c-nXA+ (1-n) XB] > 4mAh/g,其中的A为LiCoA的IC克容量,B为LiNixCoyM (1_x_y)02的IC克容量,C为复合材料的IC克容量,O <n < 1,并且最大压实密度>4.1 g/cm3。解决了大规模生产锂电池过程中将两种材料直接混合制成正极浆料时普遍存在的一致性问题,实际操作简单、生产成本低、能耗低、易于工业化推广和生产控制。本专利技术制得的高能量密度锂电池正极复合材料具有正极浆料与极片加工性能优良、 循环性能好、能量密度高的特点。为解决上述技术问题,本专利技术采用下述技术方案,其中制备方法使得复合材料的IC克容量=C- [nXA+ (l-n)XB> 4mAh/g,其中的 A 为 LiCoO2 的 IC 克容量,B 为 LiNixCoyM a_x_y) O2的IC克容量,C为复合材料的IC克容量,O <n< 1,并且最大压实密度彡4. 1 g/cm3,包括以下步骤(1.)将LiCoA与LiNixCoyM (1_x_y)02两种材料按重量比2:8-8:2混合均勻,M为Mn或 Α1,0· 3 彡 χ 彡 0. 9,0 彡 y 彡 0. 4 ;(2.)混合的同时或混合后进行处理以减少混合材料表面残留的碳酸锂、氧化锂杂质。为优化上述技术方案,采取的措施还包括上述的步骤(1)中的LiCoA与LiNixCoyM (1_x_y)02包括有纯的钴酸锂和镍基/三元材料,还包括有采用做过任何表面改性或结构掺杂能改善电性能手段的一类钴酸锂和镍基/三兀。上述的步骤(1)中的LiCoA与LiNixCoyM (1_x_y)02的重量比在4:6-7:3之间。上述的步骤(1)中的LiCoA 的 D50 为 5um 20um,LiNixCoyM (1_x_y)02 的 D50 为 5um 20umo上述的步骤(1)中的 LiCoA 的 D50 为 12 16um,DlO 彡 5um, D90 彡 35um, LiNixCoyM a-x-yp2为一次颗粒团聚而成的二次颗粒形貌,D50为12um 16um,D10彡5um,D90 ( 35um, 一次颗粒的粒径范围为Ium 3um。上述的步骤(2)中采用的处理方法为将混合后的物料以0. 5°C 10°C /min的速度升温,在200°C 1000°C下恒温烧结2小时 20小时。上述的步骤(2)采用的处理方法为将混合后的物料以2°C 5°C/min的速度升温, 在300900°C下恒温烧结3小时 10小时。上述的步骤(2)中采用的处理方法还包括混合方式采用高速球磨处理、高速搅拌混合、机械融合及其他能直接减少混合材料表面残留的碳酸锂、氧化锂杂质的处理方法。与现有技术相比,本专利技术采用将LiCoA与LiNixCoyMa_x_y)A混合均勻后进行烧结的制备方法,解决了大规模生产锂电池过程中将两种材料直接混合制成正极浆料时普遍存在的一致性问题。采用本专利技术的制备方法使得复合材料表面残留的碳酸锂、氧化锂等杂质得到进一步清除,提高了材料表面的导电性,使LiCoO2最大限度的发挥了其导电性好的性能, 其LiCoA颗粒与LiNixCoyM(1_x_y)A颗粒间有良好的界面接触,能够更好地发挥两种材料间的协同效应,并且具有正极浆料及极片加工性能优良的特点,循环性能也得到了提升,同时通过选取LiCoA与LiNixCoyM的不同粒度分布以及LiNixCoyM (1_x_y)02的一次颗粒大小,制备出的正极复合材料具有高压实的特点。本专利技术的实际操作简单、生产成本低、能耗低、易于工业化推广和生产控制。附图说明图1是本专利技术制得的高能量密度锂电池正极复合材料样品的扫描电镜SEM照片。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例作进一步详细描述。图1是本专利技术制得的高能量密度锂电池正极复合材料样品的扫描电镜SEM照片; 其中,Al,A2,A3,A4分别是实施例1,实施例2,实施例3,实施例4中制得样品的放大1000 倍的SEM照片。本专利技术的,其中制备方法使得复合材料的IC克容量c-nXA+ (1-n) XB> 4mAh/g,其中的A为LiCoO2的IC克容量,B为 LiNixCoyM (1_x_y)02的IC克容量,C为复合材料的IC克容量,O <n < 1,并且最大压实密度彡4本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:曾跃武黄连友
申请(专利权)人:宁波金和新材料股份有限公司
类型:发明
国别省市:

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