[發明專利]一種鋰原電池正極活性材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210106193.3
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114497504A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 張黎星;王乾;孫佩玲;曹浪;祝媛
• 申請（專利權）人: 惠州億緯鋰能股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/50;H01M6/14;C01G45/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 陳小龍

本發明提供了一種鋰原電池正極活性材料及其制備方法和應用，所述制備方法包括以下步驟：(1)對電解二氧化錳進行烘烤處理；(2)將烘烤后的電解二氧化錳與金屬氧化物混合，得到混合粉料；(3)對步驟(2)得到的混合粉料進行熱處理得到所述鋰原電池正極活性材料。本發明提供了一種體積膨脹較小的二氧化錳，可有效降低電池放電過程中正極膨脹程度，正極吸收的游離電解液較少，提高了容量發揮率和放電穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰原電池技術領域，涉及一種鋰原電池正極活性材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著物聯網技術應用的日益廣泛，物聯網芯片或終端設備對電池的小型化和高容量需求愈加迫切，目前來看，鋰一次電池將是物聯網芯片與終端的主要電源供應方式。

鋰錳正極活性物質一般使用熱處理后的電解二氧化錳。電解二氧化錳在未熱處理前主要含有γ相的MnO₂和少量的結晶水，γ+β混合型MnO₂結構的電解二氧化錳應用在一次鋰電池中的放電性能最好，因此通過高溫處理將γ型二氧化錳轉變為γ+β混合晶型二氧化錳。由于熱處理工藝的差異，現有電解二氧化錳熱處理后存在容量低，放電體積膨脹大，脈沖性能差等問題。

CN113903897A公開了一種用于鋰原電池正極復合材料及其制備方法。其所述鋰原電池正極復合材料是由氟化物與氧族元素材料單質或化合物經過噴霧熱處理制備而成，氟化物是由氟化碳包覆的氟化金屬形成的多孔中空球形顆粒組成。

CN109148822A公開了一種高容量鋰原電池正極，其所述鋰原電池正極組分包括二氧化錳、導電劑、石墨、硫和聚四氟乙烯材料，各組分質量比為二氧化錳：導電劑：石墨：硫：聚四氟乙烯＝1：0.02～0.05：0.07～0.09：0.05～0.3：0.02～0.05，導電劑的BET比表面積大于500m/g。

上述方案所述鋰原電池存在有放電過程中存在正極易破裂導致電池放電穩定性差的問題，因此需要一種放電過程中體積膨脹較小的鋰原電池正極活性材料，降低正極膨脹。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋰原電池正極活性材料及其制備方法和應用，本發明提供了一種體積膨脹較小的二氧化錳，可有效降低電池放電過程中正極膨脹程度，放電末期正極吸收的游離電解液較少，提高了容量發揮率和放電穩定性。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面一種鋰原電池正極活性材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)對電解二氧化錳進行烘烤處理；

(2)將烘烤后的電解二氧化錳與金屬氧化物混合，得到混合粉料；

(3)對步驟(2)得到的混合粉料進行熱處理得到所述鋰原電池正極活性材料。

本發明在電解二氧化錳中摻雜金屬氧化物來制備鋰原電池正極活性材料，混合的金屬氧化物會在高溫下嵌入二氧化錳晶格，穩定晶體結構，減小鋰離子嵌入過程中的體積膨脹。

優選地，步驟(1)所述烘烤處理的溫度為120～300℃，例如：120℃、150℃、180℃、200℃或300℃等。

優選地，所述烘烤的時間為2～10h，例如：2h、4h、6h、8h或10h等。

優選地，所述烘烤的同時進行翻炒。

優選地，所述翻炒的時間間隔為1～5h，例如：1h、2h、3h、4h或5h等。

本發明在粉料烘烤的過程中，可除去大部分二氧化錳中的水分，防止在熱處理過程中由于水分導致二氧化錳晶格破壞，烘烤的過程中伴隨著翻炒，二氧化錳能夠與空氣充分接觸，避免高溫熱分解生成三氧化二錳、四氧化三錳等無活性成分，有利于保持原料中二氧化錳純度。