[發(fā)明專利]一種高電壓高容量鋰離子電池正極材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310593568.4
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103618081A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李興翠;池田一崇;尹雄鴿;王文博;高林;周貴海
• 申請（專利權(quán)）人: 南通瑞翔新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

???????本發(fā)明涉及儲能材料及電化學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種高電壓高容量鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代社會科技與經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對鋰離子電池的需求量越來越大，要求也越來越高。目前鋰離子電池不僅普遍應(yīng)用于電子信息設(shè)備方面，在航天技術(shù)，軍事領(lǐng)域里也有廣泛的應(yīng)用，而且要求更高，如：高比能量，高比功率，可快速充電，成本低廉，安全性好等。

作為鋰離子電池正極材料，鈷酸鋰具有較高的工作電壓、高的能量密度、易合成且可快速充放電等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用廣泛。但是在深度充放電情況下，鈷酸鋰正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性能不佳。

為了解決上述問題，目前采取的方法主要有摻雜和表面包覆。通過金屬元素?fù)诫s取代部分Co，從而穩(wěn)定材料的結(jié)構(gòu)，通過包覆可以防止電極材料與電解液之間直接接觸，減緩Co的溶解。J.?Cho等報(bào)道了用SnO₂包覆鈷酸鋰；中國專利CN1697212A和美國專利US6555269B2都用到Mg、Ti等包覆，改善鈷酸鋰的高溫性能和抗過充性能；在文獻(xiàn)（“study?of?electrochemical?properties?of?coating?ZrO₂?on?LiCoO₂”.?Journal?of?Alloys?and?Compounds,?496(2010)?512-516）提出了包覆氧化鋯后改善了高溫充放電性能。上述均是包覆非活性物質(zhì)氧化物，雖然確實(shí)可以改善鈷酸鋰的一些性能缺陷，但是由于包覆層為非活性物質(zhì)，使得電池的比容量有所降低。

針對此，最近人們也開始采用LiMO₂（M為Co、Al、Sn、Zn等）、LiMPO₄（M=Fe、Co）等活性物質(zhì)對正極材料表面進(jìn)行改性（如：曹輝.用于鋰離子電池正極材料表面包覆材料及工藝：中國專利CN1242501[P].?2006-02-15）。但是，在包覆改性過程中，所用的方法仍然是常規(guī)的溶膠凝膠法，溶液吸附法等，這些方法用于包覆非活性物質(zhì)尚可，但是用于包覆活性物質(zhì)，存在著諸多問題，比如，基材與改性層之間焙燒溫度無法統(tǒng)一，產(chǎn)品一致性問題，或者包覆均勻性問題等。

鑒于此，確有必要提供一種在高電壓循環(huán)過程中具有良好的穩(wěn)定性和優(yōu)異的電化學(xué)性能的鈷酸鋰正極材料。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高電壓高容量鋰離子電池正極材料及其制備方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案：一種高電壓高容量鋰離子電池正極材料，所述高電壓高容量鋰離子電池正極材料中含有鈷源物質(zhì)、鋰源物質(zhì)、摻雜劑M和包覆材料，其中Li：Co的摩爾比為0.95～1.2，摻雜劑M的摻量為0.01～10?wt%，包覆材料的總摻量為0.01～20?wt%。

一種高電壓高容量鋰離子電池正極材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

A、將鈷源物質(zhì)、鋰源物質(zhì)、摻雜劑M按照一定的比例混合均勻，其中Li：Co的摩爾比為0.95～1.2，摻雜劑M的摻量為0.01～10?wt%，混合方法不限定，如干混機(jī)或混料機(jī)等；

B、將步驟A中混合均勻的物料進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)主溫度控制在500～1350℃，主溫區(qū)燒結(jié)時(shí)間為5～40h，整個(gè)燒結(jié)過程是在空氣或者氧氣氛圍下進(jìn)行，通氣量控制范圍為2～30m³/h，將燒結(jié)后的物料經(jīng)破碎、粉碎、分級、過篩等工藝處理，得到所需的鈷酸鋰半成品；

C、?將步驟B中處理好的鈷酸鋰半成品，在具有高沖擊力、高剪切力的設(shè)備下進(jìn)行包覆，包覆層為物質(zhì)N（化學(xué)式表示為：LiNi_xMn_yCo_zM′O₂，其中x+y+z=1）或物質(zhì)N′?、鋰源物質(zhì)和摻雜物M（其中，摻雜劑M的摻量為0～10?wt%）的混合物的一種或二種；

D、將步驟C處理后的物料進(jìn)行二次燒結(jié)或二次以上燒結(jié)，燒結(jié)主溫度控制在400～1200℃，主溫區(qū)燒結(jié)時(shí)間為4～35h，整個(gè)燒結(jié)過程是在空氣或者氧氣氛圍下進(jìn)行，通氣量控制范圍為2～30m³/h，將燒結(jié)后的物料經(jīng)破碎、分散、除鐵、過篩等工藝處理，得到所需的成品；