[发明专利]超高电压钴酸锂及其制备方法在审

专利信息
申请号: 201710542844.2 申请日: 2017-07-05
公开(公告)号: CN107342414A 公开(公告)日: 2017-11-10
发明(设计)人: 徐世国;靳亚珲;栗志涛;丁文秀;宋健巍;任正田 申请(专利权)人: 格林美(无锡)能源材料有限公司
主分类号: H01M4/485 分类号: H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
代理公司: 武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)42222 代理人: 薛玲
地址: 214142 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 超高 电压 钴酸锂 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域,尤其涉及一种超高电压钴酸锂及其的制备方法。

背景技术

近年来,随着智能手机和平板电脑等智能终端发展越来越快,要求元器件向高性能、轻薄化方向发展,对锂离子电池的能量密度及其他性能都提出越来越高的要求。而目前能够满足这些移动设备容量要求的成熟电池只有钴酸锂电池。事实上,钴酸锂材料由于其能量密度高、锂离子导电率高、循环性能好、倍率性能高等特点,一直在3C数码产品市场占据绝对的主导地位。

为了设计高能量密度的钴酸锂电池,除了对空间利用率的不断优化,提高电池正负极的压实密度和克容量,使用高导电碳纳米和高分子粘结剂来提高正极和负极活性物质含量外,提高其工作电压也是增大电池能量密度的重要途径之一。目前,4.35V和4.4V的钴酸锂电池已经在市场上投入使用,且技术已逐渐成熟,同时,4.45V和4.5V也开始受到市场的青睐。

对于钴酸锂来说,其压实密度已经接近极限,很难得到提高,因此最直接有效的方法是提高充电截止电压。如中国专利CN103066282B所述,以LiCoO2/Li体系(即正极活性物质为LiCoO2,负极活性物质为锂片)的2430扣式电池为例,当钴酸锂的充电截止电压为4.2V时,LiCoO2的放电克容量约为145mMh/g;而当工作电压提高至4.3V时,LiCoO2放电克容量约为160mMh/g;当工作电压提高至4.4V时,LiCoO2放电克容量则达到了175mMh/g;当工作电压进一步提高至4.5V时,LiCoO2放电克容量约为193mMh/g。

提高充电电压,可以使LiCoO2正极材料中释放出更多的Li+,从而提高了材料的比容量,但是当LiCoO2材料中失去大量的Li+后,会导致材料的层状结构遭到破坏,使得材料失去活性;另一方面,高的充电电压下,材料和电解液的副反应加剧,使得电池的安全性能将得到极大的挑战。因此,制备超高电压钴酸锂的方法仍需进一步改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高电压钴酸锂材料及其制备方法。该钴酸锂材料可以在4.5V的充电截止电压下使用,并且具备优秀的循环性能,使得用该材料作为正极材料的电池能量密度得到更高的提升。

一种超高电压钴酸锂材料的制备方法,包括以下步骤:

(1)将锂源、预掺杂有Ni元素的钴源、含有掺杂元素M的化合物混合均匀,经球磨、煅烧后得到中位粒径为12~18um的一次钴酸锂颗粒B;

(2)将锂源、预掺杂有Ni元素的钴源、含有掺杂元素M1的化合物混合均匀,经球磨、煅烧后得到中位粒径为5~7um的一次钴酸锂颗粒B1

(3)将一次钴酸锂颗粒B和B1按照质量比为7:3~9:1的比例混合,得到中间品C;

(4)将中间品C溶于去离子水中,并加入含有掺杂元素M2的化合物和含有元素Co的化合物,搅拌30~60min后,置于烘箱中烘干,得到二次中间品D;

(5)将二次中间品D经球磨、煅烧、粉碎、过筛后得到最终的超高电压钴酸锂材料。

优选地,步骤(1)、步骤(2)以及步骤(4)中所述的含掺杂元素M、M1、M2的化合物,均为该元素的氧化物、氢氧化物、氟化物、碳酸盐、醋酸盐中的一种或者多种混合物。

优选地,所述掺杂元素M、M1、M2均为Mn、Mg、Al、Ti、Zr、La中的一种或多种。

优选地,步骤(1)和步骤(2)所述的钴源为四氧化三钴、氢氧化钴、醋酸钴中的一种或多种的混合物。

优选地,步骤(4)中所述的含有元素Co的化合物为氧化钴、氢氧化钴、碳酸钴、醋酸钴中的一种或多种混合物。

优选地,步骤(1)及步骤(2)中所述的预掺杂有Ni元素的钴源中,Co:Ni=99:1~92:8。

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