[发明专利]电池正极材料及快速合成电池正极材料的方法

说明书

本发明提供快速制备电池正极材料的方法，该方法利用焦耳热快速升温、降温，得到的正极材料颗粒细小，分散均匀，并且展示出与传统方法制备的正极材料相差无几的性能，例如通过该方法快速制备没有任何改性的LiCoO₂正极材料首次库伦效率为89%，首次放电比容量有140 mAh/g，同时在1C下循环300圈库伦效率仍然接近100%，300圈之内容量保持率仍有85%。此外，该方法也可以设计异质结构的正极材料并且展示出优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种快速制备电池正极材料的方法及该方法制备得到的正极材料。通过本发明得到的正极材料颗粒细小，分散均匀，并且展示出与传统方法制备的正极材料相差无几的性能，该方法也可以设计异质结构的正极材料并且展示出优异的电化学性能。

背景技术

现如今全世界对能源的需求日益增加，目前能源的获取主要是通过化石燃料的消耗来实现。但石油、煤炭、天然气等资源日益枯竭，并且化石燃料燃烧产生的酸雨、温室效应等也会严重危害我们的生存环境。因此，发展一些绿色能源是急迫的。在发展绿色能源的大背景下，作为一种重要的能源存储装置，锂离子电池已经被广泛应用于各种电子产品、交通工具以及大型的储能系统。锂离子电池通常是由正极材料、负极材料、隔膜、电解液、以及电池外壳等部件组成。其中正极材料作为整个电池的核心组成部分，将直接影响电池的电化学性能。使用传统方法制备的正极材料，由于煅烧过程中升温速率慢，这会导致其在低温区时间较长，而低温区是有利于晶体结构的表面扩散并且会造成颗粒粗化，导致电池性能变差。而对于电池正极材料而言，颗粒小，均匀有利于其与粘结剂、导电剂的接触，同时有利于提高电池的循环性能，此外，也有利于离子迁移，提高电池的倍率性能。因此，开发一种能够快速得到颗粒小，且分散均匀的正极材料的技术对于提高电池的性能是很有意义的。

发明内容

本发明克服了传统方法制备的正极材料在煅烧过程中升温速率慢，保温时间长造成颗粒粗化，导致电池性能变差的缺点。本发明采用焦耳热快速制备电池正极材料，与传统方法制备的电池正极材料相比，本发明煅烧过程升温速率高，煅烧过程主要在高温区间，此区间以晶界生长和晶格扩散为主，制备出的材料颗粒细小（可以达到50-100nm）且分散均匀，并且可以使某些材料获得异质结结构，电化学性能优异，本方法可以用来取代制备电池正极材料的传统方法。

具体地，该方法利用焦耳热对正极材料前驱体进行快速升温，加热到结晶温度后快速降温，得到分散均匀的正极材料，所述升温速度为2200-83000℃/min，所述降温速度为750-10000℃/min。

进一步地，所述焦耳热是通过在电热层两端施加电压后获得的。

进一步地，所述电热层选自：碳布、碳毡、碳纸、碳膜、碳块。

为了达到合适升温速度，本领域可以根据所选电热层的电热率来设定电流，电热率为单位时间内电流通过导体产生热量。或者针对某特定的电热层通过施加不同的电流，结合红外热成像仪进行测试，确定可行的电流区间。

进一步地，该方法还可以在所述电热层上设置有用于防止所述前驱体闪烧以及防止前驱体和所述电热层反应的阻隔层。

进一步地，所述阻隔层选自Al₂O₃、SiO₂、CaO、ZrO₂。

进一步地，所述快速降温是通过切断电源使电流停止通过的手段实现的。

如权利要求1所述方法制备得到的电池正极材料，所述正极材料的粒径在50-100nm。

进一步地，所述正极材料为钴酸锂，快速合成过程中，以2200℃/min升温至750℃，随即以750℃/min降至室温，所得到的钴酸锂正极材料的粒径在50-100nm。