一种铜酸锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜酸锂正极材料，包括铜酸锂，所述铜酸锂材料掺杂有碱金属元素；包覆层，所述包覆层包覆于所述铜酸锂表面，所述包覆层为氧化铝

【技术实现步骤摘要】
一种铜酸锂正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料
，具体涉及一种铜酸锂正极材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]正极材料是锂离子电池中主要的锂离子来源，动力电池的正极材料是其能量密度的短板
。
目前研制成功并得到应用的正极材料主要有钴酸锂
、
磷酸铁锂
、
锰酸锂
、
三元材料镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂等
。
而铜酸锂正极材料的研究与应用的报道较少
。
[0003]Li2CuO2为正交晶系结构的过度金属氧化物，其空间群结构为
13m
，晶胞参数，晶胞参数其结构中存在
[CuO4]链，该单元以
Cu
原子为中心存在于氧原子形成的四面体中，且
[CuO4]链以共顶方式排列着
。
在充放电的反应过程中，锂离子从
[CuO4]结构之间的缝隙进出，这种结构为锂离子的转移提供了通道，且保证了其结构的稳定性
。
[0004]目前，制备的铜酸锂材料作正极材料使用，电池的性能数据不佳；如中国专利
CN105742617A
公开了一种锂离子电池正极材料铜酸锂的制备方法，制备的铜酸锂材料作电池正极，在
0.1C
倍率下的首次充电比容量仅为
223
‑
232mAh/g
；且其制备方法工艺复杂，不利于工业化生产
。
固相烧结工艺简单便于材料的批量生产，并且锂电池充放电时要进行锂离子的反复脱嵌；这就要求材料的结构稳定性强，而在高温下制备的材料其结晶度较高，稳定性较强
。
但目前通过固相烧结制备的铜酸锂材料，其首次放电比容量仅有
100mAh/g(Solid State lonics 177(2006)1341
‑
1346)
，难以满足应用要求
。
此外，添加铜酸锂粉末在制备正极浆料的过程中，会出现凝胶现象
。
凝胶会导致胶液难以涂覆均匀
、
一致性大幅度下降，不利于大规模生产
。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中的问题，公开了一种铜酸锂正极材料，在锂位掺杂比锂元素原子半径大的碱金属元素，扩宽了锂离子“运动”通道；从而改善材料的电化学性能，提高电池的充放电比容量；通过氧化铝包覆铜酸锂材料抵御
HF
对活性材料的腐蚀，降低表面阻抗，解决制备浆料时会凝胶的问题，提高铜酸锂材料的稳定性
。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种铜酸锂正极材料，包括：
[0008]铜酸锂，所述铜酸锂材料掺杂有碱金属元素；
[0009]包覆层，所述包覆层包覆于所述铜酸锂表面，所述包覆层为氧化铝
。
[0010]优选地，所述铜酸锂材料的化学式为
Li2‑
x
A
x
CuO2，
0.02≤x≤0.08
，其中
A
包含
Na、K、Rb、Cs、Fr
中的至少一种
。
[0011]优选地，所述包覆层按质量百分比的含量为所述铜酸锂正极材料总量的3‑
10wt
％
。
实际操作时，氧化铝添加量占最终产品的质量百分比为3％
‑
10
％，实际包覆量可能
略低于3％
‑
10
％，但无限接近，这与制备工艺有关
。
[0012]本专利技术第二方面提供了一种铜酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0013]步骤一：固相法制备掺杂有碱金属元素的铜酸锂材料；
[0014]步骤二：破碎处理得到粒径小于
10
微米的铜酸锂粉末材料；
[0015]步骤三：在所述步骤二得到的铜酸锂粉末材料与氧化铝粉末放入高混机中进行混合，得到混合物料；
[0016]步骤四：将所述混合物料再放入气氛炉中通惰性气体进行烧结处理；最终得到氧化铝包覆铜酸锂材料
。
[0017]优选地，所述步骤一中，所述固相法制备铜酸锂材料步骤包括：
[0018]S11
：按照化学式
Li2‑
x
A
x
CuO2，
0.01≤x≤0.08
，称取锂源
、
铜源
、
掺杂元素
A
源，混合均匀；
[0019]S12
：将混合均匀的混合物放入高温炉中进行烧结得到铜酸锂材料
。
[0020]优选地，所述
S11
步骤中，锂源包含氢氧化锂
、
碳酸锂中的一种或多种，优选氢氧化锂
。
优选氢氧化锂是因为氢氧化锂容易失去氢氧根离子，提供锂离子，更容易合成铜酸锂物质
。
[0021]优选地，所述铜源包含铜粉
、
氧化铜
、
氧化亚铜
、
碱式碳酸铜中的一种或多种，优选铜粉
。
优选铜粉是因为使用铜粉合成的铜酸锂，试验中充电容量会略有提高，所以优选铜粉
。
[0022]优选地，所述
A
源包含
Na、K、Rb、Cs、Fr
中至少一种金属元素的金属粉末
、
金属氧化物或金属氢氧化物
。
[0023]优选地，所述
S12
步骤中，烧结温度为
500℃
‑
800℃
，烧结时间为
10h
‑
20h。
[0024]优选地，所述步骤三中所述高混机转速
1000rpm
‑
3000rpm
，混合时间
5min
‑
120min。
[0025]优选地，所述步骤四中所述烧结温度为分段式烧结，第一段烧结温度为
300℃
‑
400℃
，烧结时间为
5h
‑
10h
；第二段烧结温度为
600℃
‑
700℃
，烧结时间为
5h
‑
15h
，惰性气体的流量大小为
0.5
‑
5m3/min。
第一段烧结是预烧目的是祛除多余的水分和杂质
、
类似于包覆定型阶段；第二阶段温度再次升高，使包覆层紧紧附着在被包覆物上，完成包覆过程
。
[0026]本专利技术第三方面提供了一种具有所述铜酸锂正极材料的电池或电化学装置
。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：
[0028](1)
本专利技术通过固相法烧结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种铜酸锂正极材料，其特征在于，包括：铜酸锂，所述铜酸锂材料掺杂有碱金属元素；包覆层，所述包覆层包覆于所述铜酸锂表面，所述包覆层为氧化铝
。2.
根据权利要求1所述的铜酸锂正极材料，其特征在于，所述铜酸锂材料的化学式为
Li2‑
x
A
x
CuO2，
0.02≤x≤0.08
，其中
A
包含
Na、K、Rb、Cs、Fr
中的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的铜酸锂正极材料，其特征在于，所述包覆层按质量百分比的含量为所述铜酸锂正极材料总量的3‑
10wt
％
。4.
权利要求1所述的铜酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：固相法制备掺杂有碱金属元素的铜酸锂材料；步骤二：破碎处理得到粒径小于
10
微米的铜酸锂粉末材料；步骤三：在所述步骤二得到的铜酸锂粉末材料与氧化铝粉末放入高混机中进行混合，得到混合物料；步骤四：将所述混合物料再放入气氛炉中通惰性气体进行烧结处理；最终得到氧化铝包覆铜酸锂材料
。5.
根据权利要求4所述的铜酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述固相法制备铜酸锂材料步骤包括：
S11
：按照化学式
Li2‑
x
A
x
CuO2，
0.01≤x≤0.08
，称取锂源
、
铜源
、
掺杂元素
A
源，混合均匀；
S12
：将混合均匀的混合物放入高温炉中进行烧结得到铜酸锂材料
。6.
根据权利要求1所述的铜酸锂正极材料的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：申彤，曹文卓，闫昭，李婷，
申请(专利权)人：宜宾南木纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：