CN103050664A - 锂离子电池正极材料的包碳方法 - Google Patents

锂离子电池正极材料的包碳方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂离子电池正极材料的包碳方法。其特点是，包括如下步骤：(1)按质量比100∶30～100∶40将正极材料与作为碳源的混合物搅拌混合均匀，其中混合物为按摩尔比计2：3～3：4的CaC2和CHCl3；(2)将混合后的物料置于反应釜中，密封后加热至330～360℃并保温3h～4h，然后随炉温冷却；(3)取出样品后用去离子水进行清洗，直至溶液pH值为中性，然后干燥即可。本发明的包碳法所包的碳层同时具有锂的嵌入和脱嵌性能，极大的提高了其材料的电性能。又因为使用这种包碳法使原来的正极材料具有棉花状的形态，从而更容易涂覆并提高其材料的导电性能。

Description

锂离子电池正极材料的包碳方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池正极材料的包碳方法。
背景技术
正极材料是锂离子电池的一个重要组成部分。常用的正极材料有钴酸锂(LiCo2)、锰酸锂(LiMn2O4)、镍酸锂(LiNiO2)，以及这三种材料的衍生材料三元复合氧化物镍钴锰酸锂(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)等。这些常用的正极材料各具优缺点。层状钴酸锂是目前应用最多的一种正极材料，但其原料价格昂贵、有毒、安全性能差。尖晶石锰酸锂虽然价格便宜、环保、可大电流充放电，但在充放电过程中因其结构容易发生转变，导致循环性能差，尤其是工作在高温(55℃)时，循环容量急剧下降，除此之外，它在电解液中有一定的溶解性，使得电池的储存性能差。层状镍酸锂尽管具有原料易得、对环境污染小等优点，但因其循环性能差、高温稳定性差、安全性能差、合成工艺条件苛刻、易发生副反应、反应生成的产物影响电池的容量和循环性能等原因限制了它的应用。三元复合氧化物镍钴锰酸锂材料集中了钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等材料的各自优点，成本比钴酸锂大大降低，电压平台高、可逆容量大(160～190mAh/g)、结构稳定、安全性好、合成容易、只需在空气气氛中即能合成。
随着锂离子电池的日益发展，具有大容量、高倍率充放电锂离子动力电池也已成为世间各国竞相发展的重点。锂离子动力电池将主要应用于电动汽车、电动摩托车、电动自行车、UPS备用电源、军事装备、矿灯、便携式武器、移动通讯装备等动力装置。这些应用，除了要求锂离子电池具有大的容量以外，大倍率充放电性能也是其极其重要的技术指标。常用正极材料的电导率都很低，例如，实测得到的纯钴酸锂的电导率为2.78×10-3s/cm(其倒数359.7Ω.cm为其体积电阻率)、纯锰酸锂的电导率为6.25×10-5s/cm(其倒数1.60×10+4Ω.cm为其体积电阻率)、纯镍酸锂的电导率为1.26×10-2s/cm(其倒数79.4Ω·cm为其体积电阻率)。通常，电池在大电流放电时，其容量和寿命相对于小电流率放电时会明显降低。低电导率很难保持电池良好的大倍率充放电特性和较长的使用寿命。作为锂离子电池重要组成部分的导电剂，如导电炭黑或导电石墨，很难从根本上解决正极材料导电性差的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池正极材料的包碳方法，能够极大的提高材料的电性能。
一种锂离子电池正极材料的包碳方法，其特别之处在于，包括如下步骤：
(1)按质量比100∶30～100∶40将正极材料与作为碳源的混合物搅拌混合均匀，其中混合物为按摩尔比计2：3～3：4的CaC2和CHCl3；
(2)将混合后的物料置于反应釜中，密封后加热至330～360℃并保温3h～4h，然后随炉温冷却；
(3)取出样品后用去离子水进行清洗，直至溶液pH值为中性，然后干燥即可。
步骤(3)中的干燥是指将样品放入微波干燥箱中于80℃～90℃干燥3h～4h。
步骤(1)中的正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂。
步骤(1)中搅拌速度为100rad/min～200rad/min。
本发明的包碳法所包的碳层同时具有锂的嵌入和脱嵌性能，极大的提高了其材料的电性能。又因为使用这种包碳法使原来的正极材料具有棉花状的形态，从而更容易涂覆并提高其材料的导电性能。
附图说明
附图1为采用本发明方法对钴酸锂包碳后整体的SEM图，从图中可以看出制备的颗粒粒径为1-10μm，中值粒径d50约为5μm；从粒径分布来看，(d90-d10)／d50约为0.5，粒径分布较窄；
附图2为采用本发明方法对钴酸锂包碳后单一颗粒的表面SEM图。
具体实施方式
实施例1：
1)将烧结好的钴酸锂正极材料按质量比为100∶35的比例称取和作为碳源的混合物(CaC2和CHCl3)在150rad/min进行搅拌混合均匀，其中CaC2(工业纯，>82％)和CHCl3(分析纯，>99％)按摩尔比2：3进行混合。
2)将混合后的物料置于反应釜中，密封后加热至350℃并保温4h，然后随炉温冷却至室温。
3)取出样品后用去离子水进行清洗，直至溶液pH值为中性。
4)最后将样品放入微波干燥箱中于80℃干燥4h，取出后的样品呈棉花状结构。
通过对纯钴酸锂和包碳后的钴酸锂进行电导率进行测试对比如表1。
实施例2：
1)将烧结好的纯锰酸锂正极材料按质量比为100∶40的比例称取和作为碳源的混合物(CaC2和CHCl3)在100rad/min进行搅拌混合均匀，其中CaC2(工业纯，>82％)和CHCl3(分析纯，>99％)按摩尔比2：3进行混合。
2)将混合后的物料置于反应釜中，密封后加热至380℃并保温3h，然后随炉温冷却至室温。
3)取出样品后用去离子水进行清洗，直至溶液pH值为中性。
4)最后将样品放入微波干燥箱中于90℃干燥3h，取出后的样品呈棉花状结构。
通过对纯钴酸锂和包碳后的钴酸锂进行电导率进行测试对比如表2。
实施例3：
1)将烧结好的纯镍酸锂正极材料按质量比为100∶30的比例称取和作为碳源的混合物(CaC2和CHCl3)在180rad/min进行搅拌混合均匀，其中CaC2(工业纯，>82％)和CHCl3(分析纯，>99％)按摩尔比3：4进行混合。
2)将混合后的物料置于反应釜中，密封后加热至370℃并保温3h，然后随炉温冷却至室温。
3)取出样品后用去离子水进行清洗，直至溶液pH值为中性。
4)最后将样品放入微波干燥箱中于80℃干燥4h，取出后的样品呈棉花状结构。
通过对纯钴酸锂和包碳后的钴酸锂进行电导率进行测试对比如表3。
表1
样品 电导率(s/cm) 体积电阻率(Ω·cm)
纯钴酸锂 2.65×10-3 377.4
实施例1 8.79×10-2 11.4
表2
样品 电导率(s/cm) 体积电阻率(Ω·cm)
纯锰酸锂 6.45×10-5 1.55×10+4
实施例2 2.58×10-2 38.76
表3
样品 电导率(s/cm) 体积电阻率(Ω·cm)
纯镍酸锂 1.56×10-2 64.1
实施例2 1.83×10-1 5.46
很明显，本发明的方法极大的提高了正极材料的电性能。

Claims (4)

1.一种锂离子电池正极材料的包碳方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按质量比100∶30～100∶40将正极材料与作为碳源的混合物搅拌混合均匀，其中混合物为按摩尔比计2：3～3：4的CaC2和CHCl3；
(2)将混合后的物料置于反应釜中，密封后加热至330～360℃并保温3h～4h，然后随炉温冷却；
(3)取出样品后用去离子水进行清洗，直至溶液pH值为中性，然后干燥即可。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料的包碳方法，其特征在于：步骤(3)中的干燥是指将样品放入微波干燥箱中于80℃～90℃干燥3h～4h。
3.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料的包碳方法，其特征在于：步骤(1)中的正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂。
4.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料的包碳方法，其特征在于：步骤(1)中搅拌速度为100rad/min～200rad/min。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102522551A (zh) * 2011-12-26 2012-06-27 彩虹集团公司 一种动力电池正极材料LiFePO4超细粉的制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102522551A (zh) * 2011-12-26 2012-06-27 彩虹集团公司 一种动力电池正极材料LiFePO4超细粉的制备方法

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