[發明專利]一種高導熱導電性鋰電正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010271487.2
• 申請日: 2020-04-07
• 公開（公告）號: CN111564612B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 史鎮洪;簡健明;藍秋明;范江;張鍵鵬;司蘭杰;馬真;吳建華;萬國江;陳偉
• 申請（專利權）人: 江門市科恒實業股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文

本發明提供了一種高導熱導電性鋰電正極材料及其制備方法，涉及鋰離子電池領域。本發明鋰電正極材料包括具有核殼結構的鈷酸鋰，鈷酸鋰的核層摻有鎂元素，提高了鈷酸鋰在高壓深度脫鋰狀態下的結構熱穩定性；殼層摻有鎂元素和鈦元素而部分形成尖晶石結構，提高了鈷酸鋰的導電性；殼層外包覆著導電劑和電活性聚合物的復合物，賦予該鋰電正極材料較低的內阻以及較高的導電性和導熱性；將本發明鋰電正極材料用于鋰電池中，在大倍率放電過程中能發揮較好的高倍率性能，產生較少的熱量，且產生的熱量能夠快速傳導出來，保證電池內部處于正常溫度狀態，從而提升鋰電池的使用壽命。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，尤其涉及一種高導熱導電性鋰電正極材料及其制備方法。

背景技術

鈷酸鋰(LiCoO₂)是一種層狀結構的過渡金屬氧化物正極材料，其具有高放電電壓平臺、高能量密度、高倍率等優點。鈷酸鋰自商業化以來一直是3C電子產品領域主流正極材料之一，近年來隨著無人機、航模類玩具、電子煙、應急啟停電源等市場的快速發展，對可快速放電電池的要求越來越高。針對正極材料，不僅要求高的倍率性能，同時也要求高能量密度。現有市面上的高倍率鋰離子電池，使用時的充電截止電壓已從4.2V提升至4.35V或4.4V，以進一步提升鋰離子電池的放電功率和能量密度。故而該類鋰離子電池所選用的正極活性物質一般為高電壓高壓實型鈷酸鋰材料。在現有生產技術方面，高壓實高電壓型鈷酸鋰材料一般采用摻雜惰性元素和包覆惰性金屬氧化物的手段來保證其在高電壓狀態下的結構穩定性，并將鈷酸鋰顆粒控制在較大的尺寸范圍來保證其高壓實性能。但是通過以上手段制備的鈷酸鋰導電性和導熱性較低，容易導致在鋰電池在大倍率放電過程中產生過多熱量且無法快速散熱，使的電池長時間處在較高溫度狀態下，從而導致電池厚度鼓脹，同時降低了鋰電池的循環壽命。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種高導熱導電性鋰電正極材料及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

第一方面，本發明提供了一種高導熱導電性鋰電正極材料，其包括具有核殼結構的鈷酸鋰；所述鈷酸鋰的核層摻有鎂元素，殼層為摻有鎂元素和鈦元素而形成部分具有尖晶石結構的LiCo_zMg_xTi_yO₂化合物層，其中x+y+z＝1，x/z＝0.0005～0.0025，y/z＝0.0005～0.0025。所述核層摻有鎂元素，提高了鈷酸鋰內層結構在高壓深度脫鋰狀態下的結構熱穩定性；所述殼層結構進行鎂鈦共摻，使得鎂鈦元素與部分鈷酸鋰基材元素鈷鋰氧一起形成尖晶石結構的物質，該物質為鋰離子的良導體，提高了鈷酸鋰材料整體的導電性，從而滿足鋰電池的高倍率放電性能。這種核殼結構使得所述鋰電正極材料用于鋰電池中時，具有優異的穩定性，在大倍率放電過程中能發揮較好的高倍率性能。

作為本發明鋰電正極材料的優選實施方式，所述殼層外包覆著導電劑和電活性聚合物。所述殼層外包覆著導電劑和電活性聚合物的復合物，其中電活性聚合物具有高的導電性和導熱性，這種包覆狀態中的鈷酸鋰材料的粉體內阻低且導電性和導熱性也進一步得到提高。這種核殼結構以及包覆結構最終使得所述鋰電正極材料用于鋰電池中時，在大倍率放電過程中能發揮較好的高倍率性能，產生較少的熱量，且產生的熱量能夠快速傳導出來，保證電池內部處于正常溫度狀態，從而提升鋰電池的使用壽命。

第二方面，本發明還提供了一種上述鋰電正極材料的制備方法，其包括以下步驟：

(1)配制得到包含鈷源、鎂源和絡合劑的溶液A、包含鈷源、鈦源和絡合劑的溶液B以及碳酸氫銨溶液，將所述溶液A和所述碳酸氫銨溶液加入密閉容器中，攪拌以進行第一步成核共沉淀反應，反應完后過濾，洗滌，得到摻鎂碳酸鈷顆粒；將所述摻鎂碳酸鈷顆粒、溶液A、溶液B以及碳酸氫銨溶液加入密閉容器中，攪拌以進行第二步成殼共沉淀反應，反應完后過濾，洗滌，得到共沉淀顆粒，再將所述共沉淀顆粒灼燒，得到內層摻鎂元素外層鎂鈦元素共摻的四氧化三鈷；