CN102237524A - 表面包覆钴酸锂、制备方法及锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面包覆钴酸锂及其制备方法，是在钴酸锂表面包覆有Li2O及B2O3，且包覆量为Li2O∶LiCoO2＝0.008～0.012∶1，B2O3∶Li2O＝1.8～2.2∶1，所述为摩尔比。本发明还公开了含有上述钴酸锂作为正极材料的锂离子电池。本发明的锂离子电池能量密度比现有电池体系容量提高了近10％，具有优异的循环性能及安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种可用作锂离子电池正极材料的表面包覆钴酸锂、其制备方法以及含有该正极材料的锂离子电池。
背景技术
锂离子二次电池以其高能量密度，高放电电压，比容量大，自放电率低等优点迅速在移动电话，笔记本电脑，电动工具以及电动汽车等器领域取代了传统电池。随着科技的高速发展，各种锂离子电池应用数码产品更新换代越来越快，产品大都趋于多功能化，便携化，经济化，这就要求锂离子电池不断的向高能量密度，低成本化发展。一直占据主要正极市场的钴酸锂有272mAh/g的理论容量，然而因为结构本身的不稳定性，钴酸锂的实际使用容量一直只有146mAh/g左右，一旦放电容量高于此值，电池的安全性能就不稳定。如何提高钴酸锂的使用放电容量，同时又保证电池的安全稳定性能成为行业的一个挑战，越来越受到人们的关注。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种作为锂离子电池正极材料使用时具有较高放电容量且循环性能优良的表面包覆钴酸锂。
本发明的另一目的在于提供上述表面包覆钴酸锂的制备方法。
本发明的再一目的在于提供具有高放电容量、优良循环性能且具备高安全性的锂离子电池。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
本发明公开了一种表面包覆钴酸锂，所述钴酸锂表面包覆有Li2O及B2O3，且包覆量为Li2O∶LiCoO2＝0.008-0.012∶1，B2O3∶Li2O＝1.8～2.2∶1，所述为摩尔比。
在本发明优选的实施方式中，包覆量为Li2O∶LiCoO2＝0.01∶1，B2O3∶Li2O＝2∶1，所述为摩尔比。
本发明还公开了上述表面包覆钴酸锂的制备方法，所述方法包括：
将Li源化合物和B源化合物配成混合溶液，加入LiCoO2粉末混合并充分分散后蒸干水分；
混合物于445℃～600℃温度条件下热处理。
优选的，所述Li源化合物为锂的氢氧化物，如LiOH·H2O，所述B源化合物为H3BO3。
优选的，所述热处理的时间为10～16小时。
在本发明具体的实施方式中，所述蒸干水分后还优选包括将固体混合物球磨20～30小时，之后再于100～160℃真空干燥。
本发明进一步公开了一种锂离子电池，包括正极配料、负极配料和电解液，所述正极配料包括上述的表面包覆钴酸锂正极材料。
所述负极配料包括人造石墨与天然石墨的混合，且人造石墨与天然石墨的质量比为3.5～4.5∶1。
所述电解液的有机溶剂包括碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC、氟代碳酸乙烯酯FEC、碳酸亚乙烯酯VC及亚硫酸丙烯酯PS，且质量比为EC∶DEC∶FEC∶VC∶PS＝30∶35～45∶1-5∶1-2∶1-2。
所述正极配料还包括导电剂和粘结剂，其分别占正极材料质量的0.5％～2％、1％～4％。在本发明具体的实施方式中，正极配料的导电剂为导电碳黑，粘结剂为PVDF。在混料的时候，通常还需加入适量的溶剂，比如NMP。
所述负极配料还包括导电剂、粘结剂及增稠剂，其分别占人造石墨与天然石墨总质量的1％～2％、1％～2％、1.5％～3％。在本发明具体的实施方式中，负极配料的导电剂为乙炔黑，粘结剂为SBR，增稠剂为CMC。配料时，可以选用水为溶剂。
由于采用了以上技术方案，使本发明具备的有益效果在于：
本发明经过特殊包覆处理的钴酸锂作为锂离子电池正极材料，具有大粒径、高安全性及高低温性能，实际放电容量达到162mAh/g，比现有行业水平提高了近10％的容量。本发明的锂离子电池通过采用该钴酸锂作为正极材料、人造石墨与天然石墨按特定比例混合作为负极材料，同时选用特定配比的电解液，制备得到的电池能量密度比现有电池体系容量提高了近10％，电化学性能及安全性能都达到同等型号的最佳，同时电池的安全性能能够得到保证，可用于制备高容量的笔记本电脑电池。
附图说明
图1为本发明一种经特殊包覆处理的钴酸锂SEM图；
图2为本发明一种实施例电池的充放电曲线及容量数据图；
图3为本发明一种实施例电池的+0.5C/-0.5C的循环曲线图；
图4为本发明一种实施例电池的+0.8C/-0.5C的循环曲线图；
图5为本发明一种实施例电池的安全测试报告图。
具体实施方式
钴酸锂正极材料有272mAh/g的理论容量，然而因为其结构本身的不稳定性，钴酸锂的实际使用容量一直只有146mAh/g左右，一旦放电容量高于此值，电池的安全性能就不稳定。本发明采用经过特殊包覆处理的钴酸锂为正极材料，人造石墨、天然石墨特定比例的混合为负极材料，得以把电池的充电电压从4.2V提高至4.3V，使得钴酸锂正极脱出更多的锂离子，同时结构不会发生恶化。
同时，本发明的电池还应用了耐高压电解液，使得在4.4V的高电位下，电解液成分仍然保持稳定，不会在正极上分解，进一步保证了电池的安全性能。
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例：
取湖南瑞翔公司的商用钴酸锂为包覆原材料，包覆量为n(Li2O-2B2O3)/n(LiCoO2)＝0.01，n为物质的量。包覆按如下方式进行：按n(LiOH.H2O)/n(H3BO3)＝0.5称量，溶解于去离子水中配成溶液。将LiCoO2粉末导入盛放上述溶液的烧杯内，用玻璃棒搅拌并进行超声分散，持续加热搅拌至水分蒸干，然后对烧杯内的固体进行球磨25小时，使得LiCoO2，LiOH.H2O及H3BO3三者混合均匀，而后混合物在130℃的烘箱中真空干燥。然后在500℃的马福炉中进行12小时的热处理。由于H3BO3的熔点为186℃，LiOH.H2O的熔点为445℃，因此只要热处理温度高于445℃，LiOH.H2O及H3BO3就可熔化并以液态的方式浸润包覆在LiCoO2表面。图1为该制得的表面包覆钴酸锂SEM图。
把上述经过包覆处理的钴酸锂正极材料放入150℃烘箱中烘烤，8h后取出放入干燥箱中冷却至80℃，加入0.8份的导电碳黑，放入混料设备中干混，1h后往混料中加入占正极材料、导电碳黑及粘结剂总质量10％的NMP溶剂，以10Hz的公转速度搅拌0.5h，然后加入正常配料方法配好的PVDF溶液进行下一步的配料操作制得浆料即可。实验中正极浆料添加0.8份导电碳黑，1.3份PVDF为粘结剂，NMP为溶剂，制成面密度为52mg/cm2的正极片。
用日本JFE的BAG-B2R人造石墨及贝特瑞818天然石墨为负极活性物质，加1份乙炔黑为导电剂，1份SBR为粘结剂，1.5份CMC为增稠剂，水为溶剂制成面密度为25.09mg/cm2的负极片。用一种耐高压电解液及Tonen20u的隔膜(20micron的Celgard PP/PE/PP高分子聚合物隔膜)在实验线上做成18650型电池测试其性能并计算正极材料的克容量发挥。
电解液为自配，配方为EC∶DEC∶FEC∶VC∶PS＝30∶40∶4∶1.5∶1，锂盐为六氟磷酸锂1M。
上述制备得到的电池做0.8C充/0.5C放及0.5C充/0.5C放的循环测试，常温下此正极材料的首次放电容量最高达到162mAh/g，经300次循环后的容量保持率大于88％和91％，见附图3、4。安全性测试表明上述制备得到的电池均符合安全性要求，见附图5。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种表面包覆钴酸锂，其特征在于：钴酸锂表面包覆有Li2O及B2O3，且包覆量为Li2O∶LiCoO2＝0.008-0.012∶1，B2O3∶Li2O＝1.8～2.2∶1，所述为摩尔比。
2.权利要求1所述的表面包覆钴酸锂的制备方法，所述方法包括：
将Li源化合物和B源化合物配成混合溶液，加入LiCoO2粉末混合并充分分散后蒸干水分；
混合物于445℃～600℃温度条件下热处理。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述Li源化合物为锂的氢氧化物，所述B源化合物为H3BO3。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：所述热处理的时间为10～16小时。
5.根据权利要求2～4任意一项所述的制备方法，其特征在于：所述蒸干水分后还包括将固体混合物球磨20～30小时，之后再于100～160℃真空干燥。
6.一种锂离子电池，包括正极配料、负极配料和电解液，其特征在于：所述正极配料包括权利要求1所述的表面包覆钴酸锂正极材料。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于：所述负极配料包括人造石墨与天然石墨的混合，且人造石墨与天然石墨的质量比为3.5～4.5∶1。
8.根据权利要求6或7所述的锂离子电池，其特征在于：所述电解液的有机溶剂包括碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC、氟代碳酸乙烯酯FEC、碳酸亚乙烯酯VC及亚硫酸丙烯酯PS，且质量比为EC∶DEC∶FEC∶VC∶PS＝30∶35～45∶1-5∶1-2∶1-2。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极配料还包括导电剂和粘结剂，其分别占正极材料质量的0.5％～2％、1％～4％。
10.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于：所述负极配料还包括导电剂、粘结剂及增稠剂，其分别占人造石墨与天然石墨总质量的1％～2％、1％～2％、1.5％～3％。
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