本发明专利技术涉及锂离子电池用聚合物修饰的钴酸锂材料及其制备和应用，属于电池制造领域。本发明专利技术提供一种锂离子电池用聚合物修饰的钴酸锂材料，其原料及其重量份数为：钴酸锂100～1000份，单体1～8份，溶剂100～1100，引发剂1～7份；所述单体为第一单体或第二单体中的至少一种，第一单体为第二单体为N～乙烯基吡咯烷酮。本发明专利技术提供一种能在高充电截至电压下保持高比容量，且可以稳定循环的聚合物修饰钴酸锂材料，由该修饰过的钴酸锂为正极，所组装的电池在高电位下可以保持高的容量，且具有较理想的循环性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池用聚合物修饰的钴酸锂材料及其制备和应用，属于电池制造领域。
技术介绍
锂离子电池是近十年来处于高速发展的一种新型高性能的蓄电池，它具有体积小、重量轻、能量密度大等特性，已广泛应用于移动通讯、摄像机、笔记本电脑等电子电器中，是近年来大力研究与开发电动工具、电动自行车、电动汽车、卫星定位系统及国防、航天航空等领域应用的大功率、高容量的锂离子电池。锂离子电池由正极、负极、隔膜以及电解液组成，正极是锂源的提供者，其正极材料主要是LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4和LiFePO4等,负极主要是石墨化碳，而电解液是1MLiPF6溶于EC/DMC或EC/DEC等的有机溶液。在充电时，锂离子从正极材料中脱出，进入电解液，穿过隔膜，嵌入到负极碳材料结构中。在此过程中，电子从被氧化的过渡金属中脱出，通过外电路进入到负极，在负极上发生还原反应，电能转化成化学能贮存在电池中。而放电过程正相反，电子通过外电路做功，将贮存的化学能转化成电能，推动设备工作。在已经大规模商业化的锂电池中，所采用的正极材料最多的、最成熟的仍是钴酸锂，可是成熟也意味着很难再继续提高性能来满足市场不断提高的要求。商品钴酸锂锂离子电池，充电限制电压为4.2v，工作电压为3.7v，此时，钴酸锂中锂离子的脱除率为50％，所以其容量也为最大理论容量(约274mAh/g)的50％，约147mAh/g。可是，随着人们的手机性能越来越好，功耗也越来越大，就要求电池有更高的容量。那么如何提高钴酸锂电池的容量呢？最直接的路径就是提高钴酸锂电极的充电截至电压，让更多的锂离子从晶格里脱钳，这样就可以提高电池的容量。当充电截至电压提高到4.35v，理论容量可以到160mAh/g，充电电压提高到4.4v，理论容量可以到190mAh/g，电压提高到4.5v，理论容量可以到200mAh/g。然而，有利必有弊。随之而来的循环性能剧烈下降的问题是这一方法面临的最大困难。在钴酸锂的晶体中Li+和Co3+各自位于立方紧密堆积氧层中的八面体位置。充电时，锂离子从八面体位置发生脱嵌，释放一个电子，Co3+被氧化为Co4+。放电时，锂离子嵌入到八面体位置，得到一个电子，Co4+还原为Co3+。在充电时，晶格表面Li+脱出，形成的Co4+具有强氧化性，与电解液发生反应，从而溶解到电解液中，造成电池容量的不可逆衰减。同时，当充电电位过高，锂离子脱钳太多，会造成晶格体积变化，晶格中c轴会扭曲，材料的结构发生破坏造成循环性能较差，所以通常情况下充电截止电压在4.2v，脱锂值在0.5左右，一旦电位过高，锂离子过度脱离，晶格不稳定，会使得容量剧烈下降。为了解决这个问题，广大科研工作者进行了大量的努力探索。文献报道得较多的是采用纳米级无机物颗粒对钴酸锂表面进行包覆的，结果也很显著，不过，采用无机物包覆一般会存在包覆不均匀，存在空隙；工艺复杂，加工温度很高，时间长的弊端。也有采用高聚物来包覆的，但是文献报道较少，结果比较好的是采用聚酰亚胺来包覆，采用表面吸附单体，先预聚，再300℃高温酰亚胺化的路径；电池可以充到4.4v，初始容量约160mAh/g，循环100次后容量保持在120mAh/g。总之，还没有一项性能足够优秀，同时工艺又简单，能耗低，成本低的方法来提高钴酸锂的充电截至电压的。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术提供一种能在高充电截至电压下保持高比容量，且可以稳定循环的聚合物修饰钴酸锂材料，由该修饰过的钴酸锂为正极，所组装的电池在高电位下可以保持高的容量，且具有较理想的循环性能。本专利技术的技术方案：本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种锂离子电池用聚合物修饰的钴酸锂材料，其原料及其重量份数为：钴酸锂100～1000份，单体1～8份，溶剂100～1100，引发剂1～7份；所述单体为第一单体或第二单体中的至少一种，第一单体为第二单体为N～乙烯基吡咯烷酮。其中，所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯和去离子水中的至少一种，所述引发剂为N,N～二甲基苯胺、过氧化二苯甲酰、过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化氢、硫代硫酸钠、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁脒水溶性引发剂或它们与Na2SO3、FeSO4构成的氧化还原引发体系。优选的，所述引发剂为N,N～二甲基苯胺、过氧化二苯甲酰、过硫酸铵、硫代硫酸钠、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁脒水溶性引发剂中的至少一种。当所述单体为第一单体，聚合物修饰的钴酸锂材料的原料及其配比为：钴酸锂100份，第一单体1～4份，溶剂200～600份，引发剂1～7份。当所述单体为第二单体，聚合物修饰的钴酸锂材料的原料及其配比为：钴酸锂100～1000份，第二单体1～4份，溶剂100～1000份，引发剂1～7份。当所述单体为第一单体和第二单体，钴聚合物修饰的钴酸锂材料的原料及其配比为：钴酸锂100份，第一单体1～4份，第二单体1～4份，溶剂600～1100份，引发剂1～7份。所述第一单体由丙烯腈和丙烯酰胺加碱作为催化剂加成得到。具体的，所述第一单体的制备方法为：于丙烯酰胺中添加强碱催化剂，再缓慢向其中添加丙烯腈，3～5小时滴完，反应全过程控制温度在40℃以下；其中，丙烯酰胺1000份，丙烯腈2200～2500份，碱催化剂1～5份。所述强碱催化剂为氢氧化钠、氢氧化锂。进一步，丙烯酰胺中添加碱催化剂的方式为与丙烯酰胺固体一起加入。优选的，丙烯酰胺先用溶剂在40℃以下搅拌至完全溶解，所述溶剂为1，4～二氧六环、丙酮或水中的至少一种。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供上述聚合物修饰的钴酸锂材料的制备方法：将钴酸锂、单体、溶剂先于25℃～30℃搅拌进行表面配位反应1～3小时，然后加入引发剂进行聚合反应，聚合反应温度25℃～65℃，反应时间3～5小时，最后抽滤、洗涤并干燥。当所述单体为第一单体时，上述方法中溶剂分两次添加，两次添加的溶剂分别称为第一溶剂和第二溶剂，那么上述聚合物修饰的钴酸锂材料的制备方法为：将钴酸锂、单体、第一溶剂先于25℃～30℃搅拌下进行表面配位反应1～3小时，再缓慢滴加第二溶剂，然后加入引发剂进行聚合反应；其中，第一溶剂为乙酸乙酯，第二溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯和去离子水中的一种，第一溶剂和第二溶剂的重量配比为：1︰1～5。优选的，当所述单体为第一单体时，上述聚合物修饰的钴酸锂材料的制备方法中，表面配位反应后将钴酸锂从第一溶剂中抽滤出来，再在吸附了单体的钴酸锂中添加第二溶剂。当所述单体为第一单体和第二单体时，上述方法中溶剂分两次添加，两次添加的溶剂分别称为第一溶剂和第二溶剂，那么上述聚合物修饰的钴酸锂材料的制备方法为：方法一：将钴酸锂、第一单体、第二单体、第一溶剂先于25℃～30℃搅拌下进行表面配位反应1～3小时，再缓慢滴加第二溶剂，然后加入引发剂进行聚合反应；其中，第一溶剂为乙酸乙酯，第二溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯和去离子水中的一种，第一溶剂和第二溶剂的重量配比为：1︰5～10；方法二：将钴酸锂、第一单体或第二单体中的一种、第一溶剂先于25℃～30℃搅拌下进行表面配位反应1～3小时，再缓慢滴加第二溶剂，第二溶剂加完后，加入另一种单体，然后加入引发剂进行聚合反应；其中，第一溶剂为乙酸乙酯，第二溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯和去离子水中的一种，第一溶剂和第二溶本文档来自技高网...
【技术保护点】
锂离子电池用聚合物修饰的钴酸锂材料，其特征在于，其原料及其重量份数为：钴酸锂100～1000份，单体1～8份，溶剂100～1100，引发剂1～7份；所述单体为第一单体或第二单体中的至少一种，第一单体为第二单体为N～乙烯基吡咯烷酮。
【技术特征摘要】
1.锂离子电池用聚合物修饰的钴酸锂材料，其特征在于，其原料及其重量份数为：钴酸锂100～1000份，单体1～8份，溶剂100～1100，引发剂1～7份；所述单体为第一单体或第二单体中的至少一种，第一单体为第二单体为N～乙烯基吡咯烷酮。2.根据权利要求1所述的锂离子电池用聚合物修饰的钴酸锂材料，其特征在于，所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯和去离子水中的至少一种，所述引发剂为N,N～二甲基苯胺、过氧化二苯甲酰、过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化氢、硫代硫酸钠、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁脒水溶性引发剂或它们与Na2SO3、FeSO4构成的氧化还原引发体系；优选的，所述引发剂为N,N～二甲基苯胺、过氧化二苯甲酰、过硫酸铵、硫代硫酸钠、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁脒水溶性引发剂中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池用聚合物修饰的钴酸锂材料，其特征在于，当所述单体为第一单体，聚合物修饰的钴酸锂材料的原料及其配比为：钴酸锂100份，第一单体1～4份，溶剂200～600份，引发剂1～7份；或当所述单体为第二单体，聚合物修饰的钴酸锂材料的原料及其配比为：钴酸锂100～1000份，第二单体1～4份，溶剂100～1000份，引发剂1～7份；或当所述单体为第一单体和第二单体，钴聚合物修饰的钴酸锂材料的原料及其配比为：钴酸锂100份，第一单体1～4份，第二单体1～4份，溶剂600～1100份，引发剂1～7份。4.根据权利要求1～3任一项所述的锂离子电池用聚合物修饰的钴酸锂材料，其特征在于，所述第一单体由丙烯腈和丙烯酰胺在强碱催化剂的作用下加成得到。5.根据权利要求4所述的锂离子电池用聚合物修饰的钴酸锂材料，其特征在于，所述第一单体的制备方法为：于丙烯酰胺中添加强碱催化剂，再缓慢向其中添加丙烯腈，3～5小时滴完，反应全过程控制温度在40℃以下；其中，丙烯酰胺1000份，丙烯腈2200～2500份，碱催化剂1～5份；优选的，所述强碱催化剂为氢氧化钠、氢氧化锂；优选的，丙烯酰胺先用溶剂在40℃以下搅拌至完全溶解，所述溶剂为1，4～二氧六环、丙酮或水中的至少一种。6.权利要求1～5任一项聚合物修饰的钴酸锂材料的制备方法，其特征在于，将钴酸锂、单体、溶剂先于25℃～30℃搅拌进行表面配位反应1～3小...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘中来，杨志雄，王璐，邓佳闽，李仁贵，邓正华，
申请(专利权)人：成都茵地乐电源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。