[發明專利]一種高電壓鈷酸鋰正極材料的水系包覆方法

有效

• 申請號: 201410697577.2
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN104393286A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 尹雄鴿;李魁;周貴海
• 申請（專利權）人: 南通瑞翔新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于鋰電池技術領域，特別涉及一種高電壓鈷酸鋰正極材料的水系包覆方法。?

背景技術

在鋰離子正極材料中，鈷酸鋰由于具有較高的工作電壓和能量密度、易合成且可快速充放電，因此被廣泛應用。但是在深度充放電情況下(充電電壓在4.3V以上)，鈷酸鋰結構穩定性和安全性能存在明顯缺陷。?

為了解決鈷酸鋰存在的上述問題，目前采取的方法為表面包覆。通過一定的包覆技術，在鈷酸鋰正極材料表面均勻的包覆一層材料，可以有效防止活性材料與電解液的直接接觸，從而有效的抑制材料中Co溶出，提高正極活性材料的穩定性，進而提高鋰離子電池的循環性能。?

目前，采用的包覆工藝主要有干式包覆和濕式包覆，不同的包覆工藝對LiCoO2的結構有著直接的影響，所得到的LiCoO2的性能也不盡相同。干式包覆存在包覆不均勻的問題，濕法包覆中采用乙醇等有機溶劑作為介質，存在生產成本高、危險性高、不易于工業化等缺點，采用純水作為介質的濕式包覆則能避免以上問題，且為了進一步降低成本，可采用簡單的無機金屬化合物進行包覆。?

中國專利201310023937.6公開了一種鈷酸鋰的包覆工藝，將金屬離子化合物與水溶性的有機物加水球磨得一次漿料，再在一次漿料中加入鈷酸鋰與水球磨得二次漿料，二次漿料經烘干、焙燒后得包覆后的鈷酸鋰材料。?

該工藝存在以下缺點：(1)一次漿料為懸浮液，由于簡單的有機物對非水溶性的金屬離子化合物的絡合能力不足，在球磨過程中金屬離子化合物易發生沉?降，從而包覆過程中容易發生金屬離子化合物的離析，造成包覆不均勻的問題。(2)由于簡單有機物的絡合作用有限，漿料制備過程中需使用到大量的有機物，專利中水溶性有機物總摩爾量為鈷酸鋰摩爾量的50～70％，該有機物在后續的焙燒過程中分解成為CO2和H2O，不會產生對鈷酸鋰的性能改進的作用，有機物的大量使用是對原料的浪費。(3)該工藝在制作一次漿料前還需進行金屬離子化合物與水溶性有機物的混合，增加了工藝過程，不利用產業化生產。(4)該工藝的一次漿料球磨時間為2～5h，二次漿料的球磨時間6～12h，球磨時間長，不利于工業化生產，且長時間的球磨對設備的磨損大，增加異物引入產品的可能性。且二次漿料長時間的球磨，會對鈷酸鋰顆粒的表面形貌和內部結構造成破壞，即專利中提到的顆粒的粒度更細，從而影響到產品的物理和電化學性能。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種高電壓鈷酸鋰正極材料的水系包覆方法，該包覆工藝步驟簡單，成本低，適合工業化大批量生產，得到的鈷酸鋰產品具有包覆均勻、電化學性能良好等優點。?

本發明采用的技術方案：一種高電壓鈷酸鋰正極材料的水系包覆方法，包括以下工藝步驟：?

a.以鈷酸鋰重量為基準，稱取鈷酸鋰重量20％～40％的純水，打入球磨機內球磨，完成后開啟循環；?

b.分別稱取占鈷酸鋰重量的0.1％～0.5％的分散劑和金屬離子占鈷酸鋰重量0.01％～1％的金屬離子化合物，并將分散劑和金屬離子化合物倒入球磨機內進行循環球磨和分散完成一次漿料的制備，同時確保一次球磨分散時間為0.5～2h；?

c.再稱取100～200Kg的鈷酸鋰，加入球磨機內進行球磨和分散完成二次漿料的制備，確保二次球磨分散時間為1～2h；?

d.完成球磨分散后，將漿料通過砂漿泵打入真空干燥機內進行干燥，干燥溫度為100～200℃，干燥時間為2～5h；?

e.步驟d中完成干燥的物料加入窯爐中進行二次燒結，確保二次燒結溫度為600～900℃，二次燒結時間為5～20h；?

f.將步驟e中二次燒結后的物料進行過篩和除鐵，得到所需材料。?

所述步驟b中所述金屬離子化合物選取氫氧化鎂、氫氧化鋁、氫氧化鋯、氫氧化鈦、氫氧化錳、氫氧化鎳、氫氧化釩、氫氧化鈰、氫氧化錫等的一種或多種。?

所述步驟b中分散劑選取聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸等的一種或多種。?

本發明所揭示的一種高電壓鈷酸鋰正極材料的水系包覆方法，在一次漿料制備時采用高聚合的有機物分散劑進行分散，能顯著減少有機物的使用，并防止金屬離子化合物發生沉降，同時高聚合的分散劑能在固體顆粒的表面形成吸附層，使固體顆粒表面的電荷增加，提高形成立體阻礙的顆粒間的反作用力，固體顆粒之間因靜電斥力而遠離，從而防止固體顆粒發生團聚，使體系均勻，懸浮性能增加，不沉淀，使整個體系物化性質一樣，故而使用分散劑能安定地分散液體中的固體顆粒。?

與現有技術相比，本發明所揭示的一種高電壓鈷酸鋰正極材料的水系包覆方法，具有如下優勢：?