[發(fā)明專利]用于制備薄膜鋰電池的鈷酸鋰正極靶材及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111361724.5
• 申請(qǐng)日: 2021-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN114057233B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周鈞;馬貴龍;甘志儉;楊俊明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄂爾多斯市紫荊創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): H01M4/525
• 分類號(hào): H01M4/525;H01M10/052;C01G51/00
• 代理公司: 北京智匯東方知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11391
• 代理人: 劉長(zhǎng)江

一種用于制備薄膜鋰電池的鈷酸鋰正極靶材及其制備方法。制備方法包括：預(yù)混步驟、球磨步驟、過篩步驟、壓制步驟、燒結(jié)步驟以及冷卻步驟。本發(fā)明的鈷酸鋰正極靶材及其制備方法，能夠?qū)ｉT適用于采用磁控濺射鍍膜方式制備全固態(tài)薄膜鋰電池的方案，解決了采用磁控濺射鍍膜方式制備全固態(tài)薄膜鋰電池過程中所存在的“無可用的合適靶材”問題。基于本發(fā)明所制備的鈷酸鋰正極靶材以及磁控濺射鍍膜技術(shù)，制得的全固態(tài)薄膜鋰電池的接觸面電阻明顯降低，顯著提高了電池的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大規(guī)模儲(chǔ)能、動(dòng)力能源領(lǐng)域，特別是涉及用于制備薄膜鋰電池的鈷酸鋰正極靶材及其制備方法。

背景技術(shù)

全固態(tài)鋰電池，又稱全固態(tài)鋰二次電池，即電池各單元，包括正負(fù)極、電解質(zhì)全部采用固態(tài)材料的鋰二次電池。全固態(tài)鋰電池的構(gòu)造比傳統(tǒng)鋰離子電池簡(jiǎn)單，固態(tài)電解質(zhì)除了傳導(dǎo)鋰離子，也充當(dāng)了隔膜的角色，具有機(jī)械強(qiáng)度高、不含易燃、易揮發(fā)成分、無漏液隱患，抗溫性能好等優(yōu)點(diǎn)。全固態(tài)鋰電池可由無機(jī)材料制成，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備以滿足大尺寸電池的需要，且電池的結(jié)構(gòu)組成較為簡(jiǎn)單。

然而，固態(tài)材料由于具有一定的剛性和強(qiáng)度，在組成電池時(shí)，不同固態(tài)材料的各個(gè)接觸面不能完全達(dá)到緊密無間隙地完全貼合，使得全固態(tài)鋰電池的接觸面電阻非常高，從而顯著降低了電池的性能，這導(dǎo)致全固態(tài)電池的能量密度、比能量、比功率、能量效率以及能量保持率均有限，目前的應(yīng)用主要局限于小型系統(tǒng)的電源，尚無法應(yīng)用于大容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)，這是全固態(tài)電池制造中難以克服的難題。

發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，在全固態(tài)鋰電池中引入薄膜制造技術(shù)，組成薄膜形式的全固態(tài)電池，就能完全避免電池內(nèi)界面接觸的問題。采用磁控濺射鍍膜的方式制備全固態(tài)電池，可有效解決接觸面電阻高的問題，然而，磁控濺射鍍膜需要適當(dāng)?shù)陌胁摹Ｈ绾沃苽湔龢O靶材，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

本背景技術(shù)所公開的上述信息僅僅用于增加對(duì)本申請(qǐng)背景技術(shù)的理解，因此，其可能包括不構(gòu)成本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種至少部分地解決上述問題的用于制備薄膜鋰電池的鈷酸鋰正極靶材及其制備方法。

本發(fā)明一個(gè)進(jìn)一步的目的是專門針對(duì)采用磁控濺射鍍膜方式制備全固態(tài)薄膜鋰電池的方案，提供一種全新的鈷酸鋰正極靶材及其制備方法。

特別地，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于制備薄膜鋰電池的鈷酸鋰正極靶材的制備方法，包括

預(yù)混步驟，按照預(yù)設(shè)比例將鋰鹽粉末與四氧化三鈷粉末相混合，得到預(yù)混粉末，其中，鋰鹽粉末選自氧化鋰、碳酸鋰以及硝酸鋰所形成的物質(zhì)組中；

球磨步驟，在球磨罐內(nèi)將預(yù)混粉末與具有預(yù)設(shè)粒徑大小的氧化鋯球相混合，并添加分散劑，之后先按照預(yù)設(shè)的第一轉(zhuǎn)速和第一時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行球磨，然后按照預(yù)設(shè)的第二轉(zhuǎn)速和第二時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行球磨，再添加預(yù)設(shè)重量的粘結(jié)劑，而后再按照預(yù)設(shè)的第三轉(zhuǎn)速和第三時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行球磨，得到合成粉末；

過篩步驟，將合成粉末過篩；

壓制步驟，將過篩后的合成粉末先進(jìn)行震動(dòng)加壓，然后再采用冷等靜壓方式進(jìn)行加壓，得到坯料；

燒結(jié)步驟，將坯料按照預(yù)設(shè)的升溫程序進(jìn)行燒結(jié)，得到燒結(jié)料，其中，升溫程序包括多組一一對(duì)應(yīng)的控溫溫度和控溫時(shí)長(zhǎng)，且每組控溫溫度和控溫時(shí)長(zhǎng)分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有適用的燒結(jié)氣氛；

冷卻步驟，將燒結(jié)料進(jìn)行冷卻，得到鈷酸鋰正極靶材。

可選地，在球磨步驟中，氧化鋯球的粒徑為0.5mm～6mm，其總體積與球磨罐的容積之比不大于三分之一，且預(yù)混粉末與氧化鋯球的總體積與球磨罐的容積之比為二分之一。

可選地，在球磨步驟中，球磨罐由硬質(zhì)陶瓷材料制成。

可選地，在球磨步驟中，分散劑的重量為預(yù)混粉末的總重量的千分之三。