二次球钴酸锂锂离子电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种二次球钴酸锂锂离子电池正极材料的制备方法，该方法是将包括分散溶剂、锂化合物和二次球钴化合物的原料混合、球磨、烘干后进行焙烧，得到二次球钴酸锂。采用本发明专利技术方法制得的二次球钴酸锂作为正极材料的锂离子电池大电流放电性能优良，循环寿命长。本发明专利技术适用于可用作锂离子电池正极材料的钴酸锂的制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，尤其是一种可制作具有良好的大电流放电性能和循环寿命的锂离子电池的正极材料的制备方法。
技术介绍
在现有技术锂离子电池中，通常采用过渡金属嵌锂化合物作为锂离子电池正极活性物质，例如LiMO2(M代表Co、Ni、Mn等金属元素)和LiM2O4(M代表Mn、Co等金属元素)，广大研发人员针对这些活性物质的选型进行了大量的研究实验。研究结果表明：合成LiNiO2的过程比较困难，而且采用LiNiO2作为正极活性物质制作的锂离子电池在全充电状态下稳定性较差；采用LiMn2O4作为正极活性物质制作的锂离子电池在高温下的容量衰减速度太快，使其离实用化还有一定的距离；相比较而言，采用LiCoO2作为正极活性物质制作的锂离子电池在可逆性、放电容量、效率、电压的稳定性等各项性能方面表现出明显的优势，因此目前的商品化锂离子电池中大多选用LiCoO2作为正极活性材料。但是，目前所用的钴酸锂(LiCoO2)均为一次球结构形态，用其作为正极活性物质制作的锂离子电池在大电流放电性能和循环寿命方面有待改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可制作具有良好的大电流放电性能和循环寿命的锂离子电池的正极材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种二次球钴酸锂锂离子电池正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：1)将包括分散溶剂、锂化合物和二次球钴化合物的原料混合，锂化合物和二次球钴化合物的Li∶Co摩尔比为0.95∶1～1.3∶1；2)将步骤1)所得混合物进行球磨，再烘干以去除分散溶剂；3)对步骤2)得到的球磨、烘干后的混合物焙烧60分钟～3000分钟，得到-->二次球钴酸锂；焙烧温度在450℃～1100℃选取。本专利技术方法中将锂化合物和二次球钴化合物在分散溶剂的参与下进行混合、球磨、烘干，是为了使锂化合物和二次球钴化合物充分混合均匀，这样锂化合物和二次球钴化合物二者之间在焙烧过程中的固相反应可以进行得较为快速、充分、彻底。采用本专利技术方法制备的钴酸锂具有二次球形貌。本专利技术方法所采用的原料中的钴化合物为二次球形貌，可以选用二次球形貌的碳酸钴、氧化钴、氢氧化钴或氧化亚钴，优选容易制备且形貌及其密度和粒度容易控制的二次球碳酸钴。为便于控制步骤3)中的焙烧温度和时间，可将该焙烧过程按照时间先后顺序划分为2～10个分区，每个分区的焙烧时间为50分钟～300分钟。步骤3)中焙烧过程的焙烧温度制度优选为：该焙烧过程按照时间先后顺序划分为4个分区，该4个分区的焙烧温度分别为450℃-650℃、650℃-750℃、750℃-820℃和820-1100℃，该4个分区的焙烧时间依次分别为1-3小时、1-3.5小时、1-3.5小时和1-3小时。步骤3)中优选的焙烧温度可以在650℃～1100℃选取，优选的焙烧时间可以为1小时以上、10小时以下。这样的焙烧温度制度有利于控制焙烧产物碳酸钴的二次球形貌和结晶度。为使步骤1)和步骤2)中原料混合得更加均匀并提高混合效率，使得原料在步骤3)焙烧过程中的固相反应进行得较为彻底、反应速度较快、焙烧后得到单相且晶体结构完整的二次球钴酸锂，在混合、球磨和烘干过程中可对原料进行搅拌，搅拌时间为10分钟～150分钟；步骤2)中的球磨时间可以在10分钟～300分钟的时长范围内选取。原料中的锂化合物可以选用碳酸锂、氢氧化锂等，分散溶剂可以选用水、乙醇或甲醇等。为便于电池制作后续工序的顺利进行，可根据后续工序的要求对步骤3)所得二次球钴酸锂进行破碎、分级。采用本专利技术方法制备的钴酸锂具有二次球形貌，振实密度大，比容量高，用这种二次球钴酸锂作为正极材料制作的锂离子电池大电流放电性能优良，循环寿命长。【附图说明】-->为了便于说明，本专利技术使用下述的较佳实施例及附图作以详细描述。图1为实施例1所得球钴酸锂放大2000倍后的电镜照片。【具体实施方式】【实施例1】将114.08g碳酸钴和35.92g碳酸锂(锂钴摩尔比为Li∶Co＝1.02)加入乙醇中搅拌30min、球磨2h，然后烘干去除乙醇。将去除乙醇后的碳酸钴和碳酸锂的混合物在空气气氛下置入隧道炉中焙烧，分4个焙烧温度区间，该4个区间的焙烧温度分别是：650℃、750℃、800℃、830℃，每个区间的焙烧温度恒定，混合物在隧道炉中匀速前进，混合物在该4个区间的焙烧时间分别为2小时、3小时、3小时和2.5小时，焙烧结束后出炉，自然冷却至室温。进行粉碎分级，得到二次球钴酸锂。经测试，该二次球钴酸锂的振实密度为2.139g/cm3。按照NMP∶PVDF＝6.1∶0.9的比例(重量比)配制生产线稀PVDF溶液，然后按以下配比配制乙炔黑浆料：12kg生产线稀PVDF溶液+13kgNMP+3kg乙炔黑，将乙炔黑浆料搅拌10分钟，球磨15分钟。取上述乙炔黑浆料700g，加上述生产线稀PVDF溶液283g，再加入2.5kg上述二次球钴酸锂锂钴，搅拌3.5小时，浆料配制完毕。然后开始拉浆，最后组装成LP043450A3方形电池，对该电池进行可逆比容量、倍率放电和循环寿命性能测试。根据测试结果，采用本实施例所得二次球钴酸锂的电池的可逆比容量为144.12mAh/g，倍率放电2C∶0.5C＝96.4％，循环500次后容量衰减90％。【实施例2】按实施例1的过程制备二次球钴酸锂、电池，在第4个焙烧温度区间的焙烧时间改为2.5h，其他条件不变。测得该二次球钴酸锂的振实密度为2.073g/cm3，相应的电池的可逆比容量为145.18mAh/g、倍率放电2C∶0.5C＝97.7％、循环500次后容量衰减91％。【实施例3】按实施例1的过程制备二次球钴酸锂、电池，在第2个焙烧温度区间的-->焙烧时间改为100min，其他条件不变。测得该二次球钴酸锂的振实密度为2.100g/cm3，相应的电池的可逆比容量为146.81mAh/g、倍率放电2C∶0.5C＝96.5％、循环500次后容量衰减91％。【实施例4】按实施例1的过程制备钴酸锂、电池，在第3个焙烧温度区间的焙烧时间改为140min，其他条件不变。测得该二次球钴酸锂的振实密度为2.146g/cm3，相应的电池的可逆比容量为146.12mAh/g、倍率放电2C∶0.5C＝96.7％、循环500次后容量衰减96％。【对比例1】按实施例1的过程制备钴酸锂、电池，在第4个焙烧温度区间的焙烧时间改为5min，其他条件不变。测得该二次球钴酸锂的振实密度为1.705g/cm3，相应的电池的可逆比容量为134.55mAh/g、倍率放电2C∶0.5C＝84.4％、循环500次后容量衰减84％。【对比例2】按实施例1的过程制备钴酸锂、电池，在第3个焙烧温度区间的焙烧时间改为350min，其他条件不变。测得该二次球钴酸锂的振实密度为1.864g/cm3，相应的电池的可逆比容量为135.15mAh/g、倍率放电2C∶0.5C＝85.8％、循环500次后容量衰减89％。【对比例3】按实施例1的过程制备钴酸锂、电池，氧化钴和碳酸锂的用量分别改为101.6g氧化钴和48.4g碳酸锂(锂钴摩尔比为Li∶Co＝0.97)，将第2个焙烧温度区间的焙烧时间改为330min，其他条件不变。测得该二次球钴酸锂的振本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二次球钴酸锂锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：　　　　１）将包括分散溶剂、锂化合物和二次球钴化合物的原料混合，锂化合物和二次球钴化合物的Ｌｉ∶Ｃｏ摩尔比为０．９５∶１～１．３∶１；　　　　２）将步骤１）所得混合物进行球磨，再烘干以去除分散溶剂；　　　　３）对步骤２）得到的球磨、烘干后的混合物焙烧６０分钟～３０００分钟，得到二次球钴酸锂；焙烧温度在４５０℃～１１００℃选取。

【技术特征摘要】
1.一种二次球钴酸锂锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：1)将包括分散溶剂、锂化合物和二次球钴化合物的原料混合，锂化合物和二次球钴化合物的Li∶Co摩尔比为0.95∶1～1.3∶1；2)将步骤1)所得混合物进行球磨，再烘干以去除分散溶剂；3)对步骤2)得到的球磨、烘干后的混合物焙烧60分钟～3000分钟，得到二次球钴酸锂；焙烧温度在450℃～1100℃选取。2.根据权利要求1所述的二次球钴酸锂锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述原料中的二次球钴化合物为二次球形貌的碳酸钴、氧化钴、氢氧化钴或氧化亚钴。3.根据权利要求2所述的二次球钴酸锂锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述原料中的二次球钴化合物选用碳酸钴时，所述碳酸钴的粒径为1um～15um、密度为0.1g/cm3～1.5g/cm3。4.根据权利要求1、2或3所述的二次球钴酸锂锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中的焙烧过程按照时间先后顺序划分为2～10个分区，每个分区的焙烧时间为50分钟～300分钟。5.根据权利要求4所述的二...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪伟，先雪峰，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]