一种钴酸锂厚电极的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钴酸锂厚电极的制备方法。该方法包括如下步骤：将糖类前驱体和钴、锂的无机盐按一定比例配置成均一溶液；将所得溶液在预热好的管式炉或马弗炉中进行两步加热反应，得到多孔片状钴酸锂正极材料；将所得多孔片状钴酸锂正极材料与碳纳米管共混、抽滤、干燥得到钴酸锂厚电极。相较于微米尺度的钴酸锂颗粒，本发明专利技术制备的钴酸锂材料呈现一次颗粒纳米化，二级结构多孔化的特点，材料本身可有效缓冲循环充放电过程中反复的体积膨胀收缩带来的电极内部应力积累，同时，交织的碳纳米管网络克服了传统聚合物粘结剂在机械韧性方面的固有限制，能够承受从电极制备到循环过程中的大应变，显著提升电极的循环稳定性。显著提升电极的循环稳定性。显著提升电极的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种钴酸锂厚电极的制备方法


[0001]本专利技术属于材料
，具体涉及一种钴酸锂厚电极的制备方法。

技术介绍

[0002]不断扩展的便携式电子设备以及电动汽车市场对锂电池的能量密度提出了更高的要求。从能量密度的定义上来看，活性物质提供的能量作分子，整个电池的质量或体积作分母。一方面，可以采用高比容、高电压新材料来增大分子。另一方面，制备厚电极等电极结构优化方式也可以有效控制分母。自1991年首次实现商业化应用后，钴酸锂正极材料一直备受关注。随着应用电压的升高，钴酸锂材料的实际容量和能量密度也在不断上升，在保持其高压实密度的前提下，高电压钴酸锂材料的体积能量密度处于领先水平。
[0003]但是，研究人员发现，当电池电压高于4.25V时，钴酸锂电池的循环性能出现了快速的衰减。这主要归因于脱锂量为0.5附近时发生的单斜相变，晶胞整体扭曲、晶胞参数不规则膨胀，带来宏观的体积变化。而当材料进一步充电至4.5V以上时，材料相变过程愈发剧烈，导致晶胞参数发生巨大变化。晶胞参数的巨大变化反映在宏观上最直接的体现就是材料颗粒的体积膨胀及收缩，材料颗粒的体积变化又会带来极片层面的变化。最终，反复的体积膨胀收缩引起的材料内部应力积累，严重影响材料的使用性能，出现颗粒的破碎与粉化、极片内部粘结剂的老化与失效，进一步导致极片内部电接触损失，电极阻抗显著增加，容量出现衰减。因此，抑制体积变化带来的性能衰减成为亟待解决的关键问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有钴酸锂材料循环后颗粒破碎粉化、粘接剂老化失效的问题，提供一种钴酸锂厚电极的制备方法。本专利技术制备的厚电极颗粒形貌保持良好、电化学性能优异、循环稳定性好。
[0005]本专利技术提出的一种钴酸锂厚电极的制备方法，具体步骤如下：（1）将糖类前驱体和钴、锂的无机盐按比例溶于水中，形成均一溶液，控制糖类前驱体的质量浓度为0.05-800mg/mL；（2）将步骤（1）得到的均一溶液在预热好的管式炉或马弗炉中进行两步加热处理，得到多孔片状钴酸锂正极材料；两步加热处理方法中，第一步加热温度为250-450℃，加热时间为20-60min；第二步加热温度为800-950℃，加热时间为5-20h；（3）将步骤（2）得到的多孔片状钴酸锂正极材料与碳纳米管共混，得到多孔片状钴酸锂正极材料和碳纳米管混合的分散液；（4）将步骤（3）得到的分散液进行过滤，得到湿态电极片；（5）将步骤（4）得到的湿态电极片进行干燥，得到钴酸锂厚电极。
[0006]本专利技术中，步骤（1）中所述糖类前驱体为葡萄糖、果糖、核糖、脱氧核糖、蔗糖或麦芽糖中的一种或几种混合。
[0007]本专利技术中，步骤（1）中所述钴、锂的无机盐为其对应的乙酸盐、硫酸盐或硝酸盐中
的一种或几种混合。
[0008]本专利技术中，步骤（1）中所述的钴无机盐与锂无机盐的摩尔比为1:（1.01-1.10）。
[0009]本专利技术中，步骤（3）中所述分散液为水体系或N-甲基吡咯烷酮体系。
[0010]本专利技术中，步骤（4）中所述过滤为减压过滤或加压过滤。
[0011]本专利技术中，步骤（5）中所述干燥为常压干燥、减压干燥、真空干燥或冷冻干燥中的任一种本专利技术中，步骤（5）中所得钴酸锂厚电极极片厚度为50-3000μm，活性物质面积负载量为10-350mg/cm2。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：针对现有技术存在的不足，本专利技术人经过长期的实践与研究，提出了本专利技术的技术方案，该方案可实现钴酸锂厚电极的低成本、大规模制备。本专利技术制备的钴酸锂材料呈现一次颗粒纳米化，二级结构多孔化的特点，材料本身可有效缓冲循环充放电过程中反复的体积膨胀收缩带来的电极内部应力积累，同时，交织的碳纳米管网络克服了传统聚合物粘结剂在机械韧性方面的固有限制，能够承受从电极制备到循环过程中的大应变，显著提升电极的循环稳定性。本专利技术为钴酸锂厚电极的综合性能提升提供了一种有效的解决途径。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例1所制得的多孔片状钴酸锂正极材料的X射线衍射谱图。
[0014]图2为本专利技术实施例1所制得的多孔片状钴酸锂正极材料扫描电镜图。其中：a为多孔片状钴酸锂正极材料的整体形貌图，b为多孔片状钴酸锂正极材料的局部放大图。
[0015]图3为本专利技术实施例1制备的极片在0.1C下的循环性能图。
具体实施方式
[0016]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解，本专利技术提到的一个或多个步骤不排斥在所述组合步骤前后还存在其它方法和步骤，或者这些明确提及的步骤之间还可以插入其它方法和步骤。还应理解，这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的目的，而非为限制每个方法的排列次序或限定本专利技术的实施范围，其相对关系的改变或调整，在无实质
技术实现思路
变更的条件下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。
[0017]实施例1（1）将2g葡萄糖、9mmol乙酸钴以及9.45mmol乙酸锂溶于10mL去离子水，充分搅拌，形成均一溶液；（2）将步骤（1）得到的溶液在350℃的管式炉中加热30min，随后升温至900℃，高温煅烧12h，得多孔片状钴酸锂正极材料；（3）将步骤（2）得到的多孔片状钴酸锂正极材料与碳纳米管共混，得到N-甲基吡咯烷酮作溶剂的多孔片状钴酸锂正极材料和碳纳米管混合的分散液；（4）将步骤（3）得到的分散液进行减压过滤，得到湿态电极片；（5）将步骤（4）得到的湿态电极片进行常压干燥，得到钴酸锂厚电极；所得钴酸锂厚电极极片厚度为60μm，活性物质面积负载量为10mg/cm2。
[0018]X射线衍射谱图证实，实施例1成功制备高结晶度的钴酸锂材料（参见图1）。扫描电镜图显示，实施例1成功制备了多孔片状的钴酸锂正极材料，所制备的正极材料为微米级多孔片状结构（参见图2）。图3为实施例1所制备的电极片在0.1C下的循环性能图，100圈后，电池的容量保持率为92.5%。
[0019]实施例2（1）将4g葡萄糖、10mmol乙酸钴以及10.4mmol乙酸锂溶于10mL去离子水，充分搅拌，形成均一溶液；（2）将步骤（1）得到的溶液在400℃的管式炉中加热20min，随后升温至920℃，高温煅烧10h，得多孔片状钴酸锂正极材料；（3）将步骤（2）得到的多孔片状钴酸锂正极材料与碳纳米管共混，得到水作溶剂的多孔片状材料和碳纳米管混合的分散液；（4）将步骤（3）得到的分散液进行加压过滤，得到湿态电极片；（5）将步骤（4）得到的湿态电极片进行减压干燥，得到钴酸锂厚电极；所得钴酸锂厚电极极片厚度为170μm，活性物质面积负载量为30mg/cm2。
[0020]实施例3（1）将4g葡萄糖、10mmol乙酸钴以及10.5mmol乙酸锂溶于10mL去离子水，充分搅拌，形成均一溶液；（2）将步骤（1）得到的溶液在350℃的管式炉中加热20min，随后升温至880℃，高温煅烧18h，得多孔片状钴酸锂正极材料；（3）将步骤（2）得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴酸锂厚电极的制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）将糖类前驱体和钴、锂的无机盐按比例溶于水中，形成均一溶液，控制糖类前驱体的质量浓度为0.05-800mg/mL；（2）将步骤（1）得到的均一溶液在预热好的管式炉或马弗炉中进行两步加热处理方法，得到多孔片状钴酸锂正极材料；其中：两步加热处理方法中，第一步加热温度为250-450℃，加热时间为20-60min；第二步加热温度为800-950℃，加热时间为5-20h；（3）将步骤（2）得到的多孔片状钴酸锂正极材料与碳纳米管共混，得到多孔片状钴酸锂正极材料和碳纳米管混合的分散液；（4）将步骤（3）得到的分散液进行过滤，得到湿态电极片；（5）将步骤（4）得到的湿态电极片进行干燥，得到钴酸锂厚电极。2.根据权利要求1所述的一种钴酸锂厚电极的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述糖类前驱体为葡萄糖、果糖、核糖、脱氧核糖、蔗糖或麦芽糖中的一种或几种混合。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢红斌，吴天琪，张佳佳，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：