高能量密度鋰電池正極復合材料的制備方法技術

本發明專利技術公開了高能量密度鋰電池正極復合材料的制備方法，制備方法使得復合材料的1C克容量：C-【n×A+（1-n）×B】＞4mAh/g，其中的A為LiCoO2的1C克容量，B為LiNixCoyM（1-x-y）O2的1C克容量，C為復合材料的1C克容量，0＜n＜1，并且最大壓實密度≥4.1g/cm3，包括以下步驟：將LiCoO2與LiNixCoyM（1-x-y）O2兩種材料按重量比2:8-8:2混合均勻，M為Mn或Al，0.3≤x≤0.9，0≤y≤0.4；混合的同時或混合后進行處理以減少混合材料表面殘留的碳酸鋰、氧化鋰雜質。本發明專利技術制得的高能量密度鋰電池正極復合材料具有正極漿料與極片加工性能優良、循環性能好的特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種鋰離子電池，尤其是涉及。
技術介紹
鋰離子二次電池具有比容量高、工作電壓高、工作溫度范圍寬、自放電率低、循環壽命長、無記憶效應、無污染、重量輕、安全性能好等優點，因而廣泛應用于手機、數碼相機、 筆記本電腦等移動設備。隨著科技的發展，各種采用鋰離子電池的數碼產品更新升級速度很快，產品大都趨于便攜化、經濟化，這就要求鋰離子電池產品要向高能量密度、低成本方向發展，近年來以價格昂貴的Licoa正極材料為主的鋰電池廠家已經很難降低成本，因此很有必要尋找一種低成本同時具有較高能量密度和維持良好電池性能的正極替代材料。為了尋找低成本、高能量密度替代LiCoA的材料，主要是通過提高材料的壓實密度和容量來實現。目前LiCoA正極材料是開發最早最成熟的產品，具有壓實高，加工性能良好的特點，其缺點是資源短缺，價格昂貴，提高其壓實密度的同時會引起其他電性能尤其是循環性能的下降，進一步提高能量密度的空間已經很小。鎳基/三元材料(LiNixC0yM(1_x_y) O2)具有容量高，循環性能穩定，價格便宜等優點，但是同鈷酸鋰材料相比，其主要缺點是電導率低和壓實密度不高，極大的制約了該材料在高能量密度鋰離子電池上的應用。把 LiCoO2和LiNixCoyM(1_x_y)A兩種材料按特定比例混合，兩種形貌、不同粒徑的顆粒互補性使得整體壓實密度較高，而由于LiCoA的加入，彌補了 LiNixCoyM(1_x_y)A的電導率相對較差的缺點，使得混合后的實際克容量比兩者按混合比例擬合出的容量也有提高，同時循環性能維持較高的水平，體現出一種協同效應。因此將LiCc^2和LiNixCoyM(1_x_y)A兩種材料混合使用能實現降低成本、提高能量密度的目的。目前，國內電池廠家的普遍做法是直接把LiCoA和LiNixCoyM(1_x_y) O2兩種材料按一定比例混合，然后加入導電劑、粘結劑、溶劑制成電池正極，這種混合只是簡單的將LiCoA 和LiNixCoyM(1_x_y)02進行混合，由于材料表面殘留碳酸鋰、氧化鋰等雜質對LiCoA的導電劑作用有所抑制，因而這種類方法制備出的正極材料的克容量發揮不夠高，其數值只是各單體材料本身克容量的擬合值或提高不大。例如將重量比為η (1-η)的LiCc^2和LiNixCoyM (1-x-y)02進行簡單混合，制備出的正極材料IC克容量C nXA+ (l-n)XB，其中A為LiCc^2 的 IC 克容量，B 為 LiNixCoyM (1_x_y)02 的 IC 克容量，O < η < 1，LiCoO2 和 LiNixCoyM(1_x_y)A 的協同效應不能最大程度發揮出來。同時這種直接混合存在制得的漿料及極片加工性能不良，大批量生產時正極漿料及極片一致性不好等問題。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供，使得復合材料的IC克容量c-nXA+ (1-n) XB] > 4mAh/g，其中的A為LiCoA的IC克容量，B為LiNixCoyM (1_x_y)02的IC克容量，C為復合材料的IC克容量，O <n < 1，并且最大壓實密度>4.1 g/cm3。解決了大規模生產鋰電池過程中將兩種材料直接混合制成正極漿料時普遍存在的一致性問題，實際操作簡單、生產成本低、能耗低、易于工業化推廣和生產控制。本專利技術制得的高能量密度鋰電池正極復合材料具有正極漿料與極片加工性能優良、 循環性能好、能量密度高的特點。為解決上述技術問題，本專利技術采用下述技術方案，其中制備方法使得復合材料的IC克容量=C- [nXA+ (l-n)XB> 4mAh/g，其中的 A 為 LiCoO2 的 IC 克容量，B 為 LiNixCoyM a_x_y) O2的IC克容量，C為復合材料的IC克容量，O <n< 1，并且最大壓實密度彡4. 1 g/cm3，包括以下步驟(1.)將LiCoA與LiNixCoyM (1_x_y)02兩種材料按重量比2:8-8:2混合均勻，M為Mn或 Α1，0· 3 彡 χ 彡 0. 9，0 彡 y 彡 0. 4 ；(2.)混合的同時或混合后進行處理以減少混合材料表面殘留的碳酸鋰、氧化鋰雜質。為優化上述技術方案，采取的措施還包括上述的步驟(1)中的LiCoA與LiNixCoyM (1_x_y)02包括有純的鈷酸鋰和鎳基/三元材料，還包括有采用做過任何表面改性或結構摻雜能改善電性能手段的一類鈷酸鋰和鎳基/三兀。上述的步驟(1)中的LiCoA與LiNixCoyM (1_x_y)02的重量比在4:6-7:3之間。上述的步驟(1)中的LiCoA 的 D50 為 5um 20um，LiNixCoyM (1_x_y)02 的 D50 為 5um 20umo上述的步驟(1)中的 LiCoA 的 D50 為 12 16um，DlO 彡 5um, D90 彡 35um, LiNixCoyM a-x-yp2為一次顆粒團聚而成的二次顆粒形貌，D50為12um 16um，D10彡5um,D90 ( 35um, 一次顆粒的粒徑范圍為Ium 3um。上述的步驟(2)中采用的處理方法為將混合后的物料以0. 5°C 10°C /min的速度升溫，在200°C 1000°C下恒溫燒結2小時 20小時。上述的步驟(2)采用的處理方法為將混合后的物料以2°C 5°C/min的速度升溫， 在300900°C下恒溫燒結3小時 10小時。上述的步驟(2)中采用的處理方法還包括混合方式采用高速球磨處理、高速攪拌混合、機械融合及其他能直接減少混合材料表面殘留的碳酸鋰、氧化鋰雜質的處理方法。與現有技術相比，本專利技術采用將LiCoA與LiNixCoyMa_x_y)A混合均勻后進行燒結的制備方法，解決了大規模生產鋰電池過程中將兩種材料直接混合制成正極漿料時普遍存在的一致性問題。采用本專利技術的制備方法使得復合材料表面殘留的碳酸鋰、氧化鋰等雜質得到進一步清除，提高了材料表面的導電性，使LiCoO2最大限度的發揮了其導電性好的性能， 其LiCoA顆粒與LiNixCoyM(1_x_y)A顆粒間有良好的界面接觸，能夠更好地發揮兩種材料間的協同效應，并且具有正極漿料及極片加工性能優良的特點，循環性能也得到了提升，同時通過選取LiCoA與LiNixCoyM的不同粒度分布以及LiNixCoyM (1_x_y)02的一次顆粒大小，制備出的正極復合材料具有高壓實的特點。本專利技術的實際操作簡單、生產成本低、能耗低、易于工業化推廣和生產控制。附圖說明圖1是本專利技術制得的高能量密度鋰電池正極復合材料樣品的掃描電鏡SEM照片。具體實施方式以下結合附圖對本專利技術實施例作進一步詳細描述。圖1是本專利技術制得的高能量密度鋰電池正極復合材料樣品的掃描電鏡SEM照片； 其中，Al，A2，A3，A4分別是實施例1，實施例2，實施例3，實施例4中制得樣品的放大1000 倍的SEM照片。本專利技術的，其中制備方法使得復合材料的IC克容量c-nXA+ (1-n) XB> 4mAh/g，其中的A為LiCoO2的IC克容量，B為 LiNixCoyM (1_x_y)02的IC克容量，C為復合材料的IC克容量，O <n < 1，并且最大壓實密度彡4本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：曾躍武，黃連友，
申請(專利權)人：寧波金和新材料股份有限公司，
類型：發明
國別省市：