[發(fā)明專利]高密度高安全長壽命鈷酸鋰的制備方法

有效

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• 申請日: 2010-06-21
• 公開（公告）號: CN101880066A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發(fā)明（設計）人: 江衛(wèi)軍;張春玲;安平;張溪;朱曉沛;孫春勝
• 申請（專利權(quán)）人: 中信國安盟固利電源技術(shù)有限公司
• 主分類號: C01G51/00
• 分類號: C01G51/00
• 代理公司: 北京市京大律師事務所 11321
• 代理人: 李光松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池，特別涉及一種高密度高安全長壽命鈷酸鋰的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子二次電池具有工作電壓高、能量密度大、自放電率小、電化學循環(huán)特性能好等優(yōu)點，不僅在移動電話、筆記本電腦、便攜式電器等方面得到廣泛應用，而且在電動車、武器裝備、航天及其它領(lǐng)域均顯示出良好的應用前景。從鋰離子二次電池商品化開始，其正極材料就采用了鈷酸鋰。雖然由于鈷資源匱乏導致鈷酸鋰價格高，并且以鈷酸鋰為正極的電池有著使用方面的安全性隱患，但是鈷酸鋰因其體積能量密度高、電化學性能穩(wěn)定和工藝可靠，目前仍是商品鋰離子電池最主要采用的正極活性材料。并且為了進一步改善以鈷酸鋰為正極活性物質(zhì)的鋰離子電池的性能，人們對鈷酸鋰進行了更加深入的研究，期望能進一步提高鈷酸鋰的電化學性能和安全性能，提升以鈷酸鋰為正極的鋰離子電池的綜合性能。因鈷酸鋰比容量受到了材料自身特點的限制已經(jīng)無法繼續(xù)提升，而目前市場在不斷追求高體積比能量的高端鋰離子電池。電池廠家在優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)的同時也要求正極材料能夠具有更高的密度來實現(xiàn)高體積比能量。同時，為了進一步開拓鈷酸鋰正極材料在動力、衛(wèi)星和軍事裝備等高端領(lǐng)域中鋰離子電池的應用，也必須要改善鈷酸鋰的安全性能和循環(huán)壽命。

目前國內(nèi)高密度的鈷酸鋰材料合成主要是進行多次煅燒和粉碎，耗費大量的能量，并且過程時間長，成本比較高，所合成的鈷酸鋰產(chǎn)品顆粒直徑小，存在安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

為滿足上述發(fā)展需要，本發(fā)明提供一種高密度高安全長壽命鈷酸鋰的制備方法。

本發(fā)明高密度高安全長壽命鈷酸鋰的制備方法，其工藝步驟如下：

1)將Li₂CO₃、Co₃O₄和助熔劑以一定比例混合均勻；

2)將上述混合物在900-1100℃條件下合成2-15h；

3)將合成的物料采用高速漩流粉碎的方法進行粉碎，得到粒徑適中的產(chǎn)品；

4)將第3)步中的產(chǎn)品與納米半導體材料按一定比例混合均勻，在500-1100℃制備過程下合成2-20h。

5)將合成的產(chǎn)品進行粉碎分級。

所述的助熔劑為氧化鎂、氟化鎂、氧化鈣、氟化鈣、硼酸鈉和四硼酸鋰中的一種或兩種混合物，助熔劑占整個物料的重量比例為大于0％而小于10％。

所述納米半導體材料為氧化鋅、硫化鋅、硒化鋅、二氧化硅、五氧化二鈮、氧化銦錫和二氧化錫中的一種或兩種，納米半導體材料的顆粒大小為10-1000nm，納米半導體材料占整個物料的比例為大于0％而小于10％。

采用本發(fā)明的方法制備的鈷酸鋰產(chǎn)品顆粒大，在極片中的填充密度得到大幅度提高，同時提高了材料的安全性能和循環(huán)壽命。以往提高產(chǎn)品的密度是通過多次反復高溫燒結(jié)的方法實現(xiàn)的，反復多次燒結(jié)會使產(chǎn)品生產(chǎn)工藝復雜，耗能巨大，成本增加，本發(fā)明克服這些缺點，通過非常簡單而實用的方法獲得高密度產(chǎn)品。在外層包覆一層納米半導體材料，同時增大產(chǎn)品的粒徑，提高了鈷酸鋰產(chǎn)品的安全性能和循環(huán)壽命。

本發(fā)明采用加入特殊助熔劑以及包覆納米半導體材料的方法制備鈷酸鋰，助熔劑可以降低液態(tài)四氧化三鈷和碳酸鋰之間的界面張力，使其更好的融合，在較低溫度更易生成晶核，縮短晶體生長時間，進而縮短高溫反應時間，降低成本。表面包覆的納米半導體材料能夠讓鋰離子自由遷移，在提高鈷酸鋰的安全性能的同時不會影響到其電化學性能。在一種工藝中同時采用這兩種方法制備的鈷酸鋰產(chǎn)品，顆粒直徑大，極片壓實密度高，循環(huán)性能和安全性能好。采用本發(fā)明所述的方法制備的鈷酸鋰的中粒徑12～15μm，壓實密度＞4.2g/cm³，1C放電比容量＞155mAh/g，100次循環(huán)容量保持率＞95％。采用本發(fā)明制備的鈷酸鋰不僅可以應用到移動電話、筆記本電腦、便攜式電器等產(chǎn)品上，還可以進一步推廣到軍用領(lǐng)域，包括武器裝備、衛(wèi)星和其它航天器。

附圖說明

圖1是本發(fā)明高密度高安全長壽命鈷酸鋰的制備方法的工藝路線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明高密度高安全長壽命鈷酸鋰的制備方法作更詳盡的說明。

圖1是高密度高安全長壽命鈷酸鋰的制備方法的工藝路線圖。

實施例1