鋰離子電池鈷酸鋰正極材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰離子電池鈷酸鋰正極材料及制備方法，本正極材料包括以下原材料：碳酸鋰、四氧化三鈷、碳酸氫鈉、硫酸鋁。利用碳酸鋰和四氧化三鈷濕法制備得鈷酸鋰后，將鈷酸鋰分散在碳酸氫鈉溶液中，震蕩攪拌，攪拌時加入硫酸鋁溶液，過濾、洗滌、干燥后，放置馬弗爐中在300℃下燒結(jié)3小時，然后在600℃下煅燒8小時，研磨過篩后，得到最終氧化鋁包覆后的產(chǎn)物。經(jīng)過包覆改性后的鈷酸鋰正極材料，產(chǎn)品的形貌好、雜質(zhì)含量少、放電容量高、循環(huán)性能好。
【專利說明】鋰離子電池鈷酸鋰正極材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，特別是一種鋰離子電池鈷酸鋰正極材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池具有比能量高、工作電壓高、應(yīng)用溫度范圍廣、自放電率低、循環(huán)壽命長、無污染、安全性能好等獨特的優(yōu)勢，現(xiàn)已廣泛用作袖珍貴重家用電器如移動電話、便攜式計算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)等的電源，并已在航空、航天、航海、人造衛(wèi)星、小型醫(yī)療儀器及軍用通訊設(shè)備領(lǐng)域中逐步替代傳統(tǒng)的電源。對于鋰離子電池來說，正極材料無論在成本方面還是在性能方面，都占有非常重要的地位。目前已經(jīng)商業(yè)化的鋰離子電池正極材料主要只有LiCoO2,盡管LiCoO2作為目前應(yīng)用最廣泛的商品化鋰離子電池正極材料，然而在當(dāng)前使用中LiCoO2存在的問題主要是:(I)鉆資源匱乏，成本高；(2)實際比容量只有理論比容量的60%?70%，性能還未達(dá)到最佳狀態(tài)；(3)抗過充性能差，即過充電會迅速惡化降低電池的循環(huán)性能；(4)在45°C以上使用時自放電增加，容量下降，也不宜快速充電；(5)各廠家產(chǎn)品的循環(huán)壽命不等，差別大，生產(chǎn)工藝有待更進(jìn)一步優(yōu)化和完善；更重要的是，國內(nèi)商品化的鋰離子電池所用的LiCoO2正極材料80%為國外進(jìn)口，價格昂貴。因此，在研究LiCoO2材料的基礎(chǔ)上加速發(fā)展性價比高的電池正極材料從而完全取代進(jìn)口材料，實現(xiàn)正極材料的國產(chǎn)化，提高國產(chǎn)鋰離子電池的競爭力也具有非常重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池包覆氧化鋁的鈷酸鋰正極材料及制備方法，以提高鋰離子電池的比容量以及改善循環(huán)性能。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本鋰離子電池鈷酸鋰正極材料，包括以下原材料:碳酸鋰、四氧化三鈷、碳酸氫鈉和硫酸鋁，其中硫酸鋁與碳酸鋰的摩爾比為:A1 0.5?2%，Li 98?99.5%。
[0005]所述原材料的摩爾比為:硫酸鋁0.5%，碳酸鋰99.5%。
[0006]所述原材料的摩爾比為:硫酸鋁1%，碳酸鋰99%。
[0007]所述原材料的摩爾比為:硫酸鋁2%，碳酸鋰98%。
[0008]所述正極材料的制作步驟如下:
(1)稱量碳酸鋰和四氧化三鈷置于蒸發(fā)皿中，加入乙醇，在磁力攪拌器下充分?jǐn)嚢杌?br> 勻；
(2)將步驟(I)所得混合物烘干后，轉(zhuǎn)移到瑪瑙研缽中，加入乙醇濕混勻，研磨均勻后在紅外燈下烘干；
(3)將步驟(2)所得烘干物放置馬弗爐中在800°C下燒結(jié)12小時；
(4)將步驟(3)所得產(chǎn)物分散在0.lmol/L的NaHCO3溶液中，震蕩攪拌30min ；
(5)進(jìn)行步驟(4)的攪拌時加入已稱量的硫酸鋁溶液，得到混合物；
(6)將步驟(5)所得混合物過濾、洗滌、干燥后，放置馬弗爐中在300°C下燒結(jié)3小時，然后在600°C下煅燒8小時，研磨過篩后，得到最終產(chǎn)物。
[0009]本發(fā)明的實質(zhì)性特點和進(jìn)步是:采用濕法制備鈷酸鋰，然后用氧化鋁對鋰離子電池正極材料鈷酸鋰進(jìn)行包覆改性，產(chǎn)品的形貌好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、雜質(zhì)含量少、放電容量高、循環(huán)性能好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是未包覆氧化鋁及包覆量為1%的鈷酸鋰的XRD圖譜。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖以及實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
實施例1
鋰離子電池鈷酸鋰正極材料，包括以下原材料:碳酸鋰、四氧化三鈷、碳酸氫鈉和硫酸鋁，其中原材料的摩爾比為:硫酸鋁1%，碳酸鋰99%。
[0012]制作步驟如下:
(1)稱量碳酸鋰和四氧化三鈷置于蒸發(fā)皿中，加入乙醇，在磁力攪拌器下充分?jǐn)嚢杌?br> 勻；
(2)將步驟(I)所得混合物烘干后，轉(zhuǎn)移到瑪瑙研缽中，加入乙醇濕混勻，研磨均勻后在紅外燈下烘干；
(3)將步驟(2)所得烘干物放置馬弗爐中在800°C下燒結(jié)12小時；
(4)將步驟(3)所得產(chǎn)物分散在0.lmol/L的NaHCO3溶液中，震蕩攪拌30min ；
(5)進(jìn)行步驟(4)的攪拌時加入已稱量的硫酸鋁溶液，得到混合物；
(6)將步驟(5)所得混合物過濾、洗滌、干燥后，放置馬弗爐中在300°C下燒結(jié)3小時，然后在600°C下煅燒8小時，研磨過篩后，得到最終產(chǎn)物。
[0013]步驟(4 )得到鈷酸鋰，而步驟(6 )最終產(chǎn)物為氧化鋁包覆的鈷酸鋰，包覆量為氧化鋁1%。對所制得的產(chǎn)物，氧化鋁包覆量1%的鈷酸鋰以及未包覆的氧化鋁的鈷酸鋰，進(jìn)行XRD分析，見圖1。從XRD圖譜中可看出，包覆后，鈷酸鋰的衍射峰的位置以及包覆氧化鋁后鈷酸鋰的衍射峰的位置和峰強(qiáng)度幾乎相同，沒有明顯的峰值轉(zhuǎn)變，由此可知:表面包覆少量不同比例Al2O3后，鈷酸鋰仍保持原有結(jié)構(gòu)，沒有引起鈷酸鋰的晶型變化。表明氧化鋁只是存在于鈷酸鋰的結(jié)構(gòu)表面，并沒有侵入其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。
[0014]將包覆氧化鋁的鈷酸鋰材料制成電極，然后組裝成電池，對電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試，包覆氧化鋁后的鈷酸鋰材料制成的電池，在放電容量、循環(huán)性能等電化學(xué)性能上，都有明顯提聞。
[0015]實施例2
鋰離子電池鈷酸鋰正極材料，包括以下原材料:碳酸鋰、四氧化三鈷、碳酸氫鈉和硫酸鋁，其中原材料的摩爾比為:硫酸鋁2%，碳酸鋰98%。
[0016]制作步驟如下:
(1)稱量碳酸鋰和四氧化三鈷置于蒸發(fā)皿中，加入乙醇，在磁力攪拌器下充分?jǐn)嚢杌?br> 勻；
(2)將步驟(I)所得混合物烘干后，轉(zhuǎn)移到瑪瑙研缽中，加入乙醇濕混勻，研磨均勻后在紅外燈下烘干；
(3)將步驟(2)所得烘干物放置馬弗爐中在800°C下燒結(jié)12小時；
(4)將步驟(3)所得產(chǎn)物分散在0.lmol/L的NaHCO3溶液中，震蕩攪拌30min ；
(5)攪拌時加入已稱量的硫酸鋁溶液，得到混合物；
(6)將步驟(5)所得混合物過濾、洗滌、干燥后，放置馬弗爐中在300°C下燒結(jié)3小時，然后在600°C下煅燒8小時，研磨過篩后，得到最終產(chǎn)物。
[0017]最終產(chǎn)物為氧化鋁包覆的鈷酸鋰，包覆量為氧化鋁2%。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池鈷酸鋰正極材料，其特征在于，包括以下原材料:碳酸鋰、四氧化三鈷、碳酸氫鈉和硫酸鋁，其中硫酸鋁與碳酸鋰的摩爾比為=Al 0.5?2%，Li 98?99.5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池鈷酸鋰正極材料，其特征在于:所述原材料的摩爾比為:硫酸鋁0.5%，碳酸鋰99.5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池鈷酸鋰正極材料，其特征在于:所述原材料的摩爾比為:硫酸鋁1%，碳酸鋰99%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池鈷酸鋰正極材料，其特征在于:所述原材料的摩爾比為:硫酸鋁2%，碳酸鋰98%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池鈷酸鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述正極材料的制作步驟如下: (1)稱量碳酸鋰和四氧化三鈷置于蒸發(fā)皿中，加入乙醇，在磁力攪拌器下充分?jǐn)嚢杌靹颍? (2)將步驟(I)所得混合物烘干后，轉(zhuǎn)移到瑪瑙研缽中，加入乙醇濕混勻，研磨均勻后在紅外燈下烘干； (3)將步驟(2)所得烘干物放置馬弗爐中在800°C下燒結(jié)12小時； (4)將步驟(3)所得產(chǎn)物分散在0.lmol/L的碳酸氫鈉溶液中，震蕩攪拌30min ； (5)進(jìn)行步驟(4)的攪拌時加入已稱量的硫酸鋁溶液，得到混合物； (6)將步驟(5)所得混合物過濾、洗滌、干燥后，放置馬弗爐中在300°C下燒結(jié)3小時，然后在600°C下煅燒8小時，研磨過篩后，得到最終產(chǎn)物。
【文檔編號】C01G51/00GK103985859SQ201410233594
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】傅汝毅 申請人:廣西博士海意信息科技有限公司