[發明專利]一種鋰離子正極材料LiCoO2/C的合成方法

在審

• 申請號: 201510333722.3
• 申請日: 2015-06-16
• 公開（公告）號: CN104993148A
• 公開（公告）日: 2015-10-21
• 發明（設計）人: 田東
• 申請（專利權）人: 田東
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525;H01M4/525;H01M4/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料，尤其是涉及采用碳包覆四氧化三鈷工藝所制備的一種鋰離子正極材料LiCoO₂/C的合成方法。

背景技術

目前隨著全球性石油資源緊缺與氣候環境的不斷惡化，人類社會發展面臨著嚴峻的挑戰。發展清潔節能的新能源汽車受到世界各國的高度重視。新能源汽車的發展，關鍵在其動力電源。鋰離子電池具有能量密度大、自放電小、無記憶效應、工作電壓范圍寬、使用壽命長、無環境污染等優點，是目前新能源汽車主要的動力電源。而鋰離子電池關鍵電極材料是電池性能的最終決定性因素，其中正極材料對鋰離子電池性能的提高起著至關重要的作用。因此，開發高性能、廉價的正極材料對促進新能源汽車及相關新興產業的發展具有重要的意義。

正極材料是影響鋰離子電池的能量密度、比能量、壽命等性能的最為關鍵的因素之一。在現有的正極材料中，層狀結構正極材料依然是主流。第一代層狀材料LiCoO₂的電化學穩定性好，循環性能優異，但容量僅為其理論容量的50%，且存在著資源和安全性等重大問題；LiNiO2?比容量最高，但合成困難，并存在較大的安全隱患；LiMnO₂熱穩定性良好且價格便宜，但是充放電過程中的明顯相變導致其循環穩定性很差。多元層狀正極材料、如LiCo1/3Ni1/3Mn1/3?O2，LiNi0.8Al0.2O2，綜合了現有層狀結構材料的優勢，達到了160?mAg/g?的比能量，但是材料中的高Co、Ni含量仍然存在成本、資源等問題，安全性、也是該材料致命的缺點。尖晶石型的LiMn2O4因為高安全性、廉價而受到動力電池的親昧，已得到商業化的應用，但是相對低的比能量或比功率成為這二個材料最致命的缺點，阻礙了這二個材料的應用領域。

鈷酸鋰自從20?世紀90?年代進入市場以來，一直占據著正極材料市場的主導地位。近年來，隨著電子產品的進一步小型化和多功能化，對電池輸出的能量密度提出了更高的要求，常規的鈷酸鋰已經不能滿足要求。研究發現，對常規鈷酸鋰進行改性處理從而提升正極材料發揮的容量，是提高電池能量密度的最有效的方法之一。

發明內容

本發明的目的是提供工藝路線簡單，適用于大規模工業生產，采用碳包覆四氧化三鈷工藝所制備的一種鋰離子正極材料LiCoO₂/C的合成方法。

本發明包括以下步驟：

1）將四氧化三鈷和有機碳源加水混合，球磨處理后噴霧造粒，得到的粉體在惰性氣氛中預處理，得到碳包覆四氧化三鈷粉體；

2）將鋰源溶于水中，加入步驟1）得到的四氧化三鈷粉體，然后球磨處理后噴霧造粒，得到干燥粉體；

3）將步驟2）得到的干燥粉體在惰性氣氛中處理，再進行高溫熱處理，經過氣流分級即得到鋰離子正極材料LiCoO₂/C。

步驟1）中，所述有機碳源可采用可溶于水的有機物中的一種，所述可溶于水的有機物可選自葡萄糖、蔗糖、果糖、聚乙二醇、聚丙烯酸、殼聚糖等中的一種；所述球磨處理的時間為5～10h?；所述預處理的溫度為400～500℃，預處理的時間為5～8h。

在步驟2）中，所述鋰源可采用水溶性鋰鹽醋酸鋰、氫氧化鋰中的一種；所述球磨處理的時間為2～3h。

在步驟1）和2）中，所述四氧化三鈷、鋰源按元素摩爾數為n（Li）：n（Co）=1.03～1.07；在步驟1）中，所述有機碳源的質量為四氧化三鈷質量的10%～15%；在步驟1）和2）中，所述水可采用無鹽水，其中步驟1）中水的加入量按質量比為四氧化三鈷的3～4?倍，步驟2）中水的加入量按質量比為碳包覆四氧化三鈷粉體質量的3～4?倍。

在步驟1）和3）中，所述惰性氣氛可采用氮氣或氬氣等。

在步驟3）中，所述處理的溫度為500～600℃，處理的時間為10～20h?；所述高溫熱處理的溫度為750～850℃，高溫熱處理的時間為2～20h。

與現有的鋰離子正極材料LiCoO₂的合成方法相比，本發明的優點在于：對合成原料四氧化三鈷首先進行碳包覆，避免后期因高溫處理導致鈷酸鋰的團聚，防止鈷酸鋰晶粒生產過大，能有效地提高鋰離子在充放電過稱中的擴散速率。采用了可溶于水的有機碳源，使碳源更均勻包覆在粒子表面，有機物經過燒結熱解后形成的電導率高納米碳包覆層，提高了材料的導電性能，提升了鈷酸鋰的循環穩定性。

具體實施方式

為了使本發明的技術手段、創作特征、工作流程、使用方法達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。