CN102891288A - 一种锂电池表面包覆正极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂电池表面包覆正极材料的制备方法：将正极材料磷酸铁锂和镍钴酸锂、硝酸镁、氧化钴混合，将得到的混合物加热至硝酸镁的熔点以上反应后，冷却；球磨破碎，并过筛；将氢氧化锂饱和溶液置于喷雾系统中，控制喷雾系统对混合干燥釜内喷雾后，继续开动混合机，并将含量刚好与氢氧化锂完全反应的硫酸铝置于喷雾系统中，控制喷雾系统对混合干燥釜内喷雾，喷完后再继续混合，使水解反应均匀的完成；将水解反应后的混合物干燥；热处理，粉碎过筛后得到表面包覆处理的锂电池正极材料。本发明制备的表面包覆正极材料，包覆均匀，因此具有良好的循环稳定性、高质量比容量，用于锂离子电池时，容量高，循环稳定性好，使用寿命长。

Description

一种锂电池表面包覆正极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种电池正极材料的制备方法，尤其涉及一种锂电池表面包覆正极材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池由于其能量密度高，循环性能好，自其商品化以来已经得到了广泛的应用，逐渐取代了传统的铅酸电池等化学电源。
锂离子电池的技术瓶颈主要在于正极材料。目前使用的，正极材料都有各自的缺点：LiCoO2的价格高，充电电压超过4.2V后结构不稳定，安全性变差；LiNi0.8Co0.2O2的循环性能不好，吸水性强，储存性能差；LiNi0.8Co0.15Al0.05O2容易吸水，储存性能差；LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构不稳定，高温储存性能不好；LiMn2O4的容量低，高温性能差；LiFePO4的电导率低，低温性能差。因此，需要对这些正极材料进行改性处理。
改性处理的途径有两条：一条是在正极材料合成过程中掺入其它元素以制备掺杂改性材料；另一条是在正极材料的表面进行改性以制备表面改性材料。上述两种途径都存在包覆不均匀的情况，从而导致包覆后的正极材料的容量降低和循环性能下降，使得电池寿命缩短。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂电池表面包覆正极材料的制备方法，使用该方法制备的表面包覆正极材料的的锂离子电池具有循环性好、容量高、使用寿命长等特点。
为了实现上述目的，本发明提供的一种锂电池表面包覆正极材料的制备方法包括如下步骤：
步骤1，混料并热处理
将正极材料磷酸铁锂和镍钴酸锂、硝酸镁、氧化钴以质量比30-40∶5-10∶10-15∶10-20的配比混合，形成混合物，将得到的混合物加热至硝酸镁的熔点以上反应2-6小时后，冷却备用；
步骤2，水解反应
将冷却后的混合物球磨破碎，并过100-200目筛后，再置于混合干燥釜内，将占混合物质量百分比1-2%的氢氧化锂饱和溶液置于喷雾系统中，控制喷雾系统对混合干燥釜内喷雾，喷雾完毕后混合1-3小时，使氢氧化锂饱和溶液在混合物表面均匀吸附，继续开动混合机，并将含量刚好与氢氧化锂完全反应的硫酸铝置于喷雾系统中，控制喷雾系统对混合干燥釜内喷雾，喷完后再继续混合1-3小时，使水解反应均匀的完成；
步骤3，干燥
步骤4，热处理
将干燥后的混合物，置入热处理炉，空气气氛下加热到500-700℃，保温5-8小时后自然冷却到室温后取出，粉碎过200目筛后得到表面包覆处理的锂电池正极材料。
其中，步骤3所述干燥方法优选为：将水解反应后的混合物置于真空干燥系统中，保持温度在100-130℃之间，并持续抽取蒸汽干燥，保持压力在0.02-0.05个标准大气压之间，干燥5-10小时，冷却。
其中，步骤1中所述混合方法优选为：置于混合干燥釜内，开动混合机进行混合。
本发明还提供了一种上述任意方法制备的锂电池表面包覆正极材料。
本发明制备的表面包覆正极材料，包覆均匀，因此具有良好的循环稳定性、高质量比容量，用于锂离子电池时，容量高，循环稳定性好，使用寿命长。
具体实施方式
实施例一
混料并热处理
将正极材料磷酸铁锂和镍钴酸锂、硝酸镁、氧化钴以质量比30∶5∶10∶10的配比置于混合干燥釜内，开动混合机进行混合，形成混合物，将得到的混合物加热至硝酸镁的熔点以上反应2小时后，冷却备用。
水解反应
将冷却后的混合物球磨破碎，并过100目筛后，再置于混合干燥釜内，将占混合物质量百分比1%的氢氧化锂饱和溶液置于喷雾系统中，控制喷雾系统对混合干燥釜内喷雾，喷雾完毕后混合1小时，使氢氧化锂饱和溶液在混合物表面均匀吸附，继续开动混合机，并将含量刚好与氢氧化锂完全反应的硫酸铝置于喷雾系统中，控制喷雾系统对混合干燥釜内喷雾，喷完后再继续混合1小时，使水解反应均匀的完成。
干燥
将水解反应后的混合物置于真空干燥系统中，保持温度在100℃，并持续抽取蒸汽干燥，保持压力在0.02个标准大气压之间，干燥5小时，冷却。
热处理
将冷却后的混合物，置入热处理炉，空气气氛下加热到500℃，保温5小时后自然冷却到室温后取出，粉碎过200目筛后得到表面包覆处理的锂电池正极材料。
实施例二
混料并热处理
将正极材料磷酸铁锂和镍钴酸锂、硝酸镁、氧化钴以质量比40∶10∶15∶20的配比置于混合干燥釜内，开动混合机进行混合，形成混合物，将得到的混合物加热至硝酸镁的熔点以上反应6小时后，冷却备用。
水解反应
将冷却后的混合物球磨破碎，并过200目筛后，再置于混合干燥釜内，将占混合物质量百分比2%的氢氧化锂饱和溶液置于喷雾系统中，控制喷雾系统对混合干燥釜内喷雾，喷雾完毕后混合3小时，使氢氧化锂饱和溶液在混合物表面均匀吸附，继续开动混合机，并将含量刚好与氢氧化锂完全反应的硫酸铝置于喷雾系统中，控制喷雾系统对混合干燥釜内喷雾，喷完后再继续混合3小时，使水解反应均匀的完成。
干燥
将水解反应后的混合物置于真空干燥系统中，保持温度在130℃，并持续抽取蒸汽干燥，保持压力在0.05个标准大气压之间，干燥10小时，冷却。
热处理
将冷却后的混合物，置入热处理炉，空气气氛下加热到700℃，保温8小时后自然冷却到室温后取出，粉碎过200目筛后得到表面包覆处理的锂电池正极材料。
比较例
取碳酸锂和LiCoO2加入到水中并充分搅拌，在搅拌的过程中向分散液中滴加含Mg(NO3)2?6H2O的溶液，搅拌，过滤，将被包覆的正极材料在150℃烘烤24小时，然后将干燥的混合物在500℃下焙烧6小时，缓慢冷却至室温，得到包覆Mg和Co摩尔比为的正极材料。 
将合成的实施例一、二及比较例的样品制作成规格相同的负极装入模拟电池中作充放电测试。测试条件为：电解液为1.5mol/L LiPF6的EC（乙基碳酸酯）+DMC（二甲基碳酸酯）（体积比1∶1）溶液，并在恒流0.2C的条件下进行循环性能测试。该实施例一和二的的材料与比较例的材料相比，首次放电比容量提升了30-40%以上，循环寿命提高了1倍以上。

Claims (4)

1.一种锂电池表面包覆正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，混料并热处理
将正极材料磷酸铁锂和镍钴酸锂、硝酸镁、氧化钴以质量比30-40∶5-10∶10-15∶10-20的配比混合，形成混合物，将得到的混合物加热至硝酸镁的熔点以上反应2-6小时后，冷却备用；
步骤2，水解反应
将冷却后的混合物球磨破碎，并过100-200目筛后，再置于混合干燥釜内，将占混合物质量百分比1-2%的氢氧化锂饱和溶液置于喷雾系统中，控制喷雾系统对混合干燥釜内喷雾，喷雾完毕后混合1-3小时，使氢氧化锂饱和溶液在混合物表面均匀吸附，继续开动混合机，并将含量刚好与氢氧化锂完全反应的硫酸铝置于喷雾系统中，控制喷雾系统对混合干燥釜内喷雾，喷完后再继续混合1-3小时，使水解反应均匀的完成；
步骤3，干燥
步骤4，热处理
将干燥后的混合物，置入热处理炉，空气气氛下加热到500-700℃，保温5-8小时后自然冷却到室温后取出，粉碎过200目筛后得到表面包覆处理的锂电池正极材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3所述干燥方法为：
将水解反应后的混合物置于真空干燥系统中，保持温度在100-130℃之间，并持续抽取蒸汽干燥，保持压力在0.02-0.05个标准大气压之间，干燥5-10小时，冷却。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述混合方法为：置于混合干燥釜内，开动混合机进行混合。
4.一种如权利要求1所述方法制备的锂电池表面包覆正极材料。
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