CN103199237B - 一种提高锂离子电池正极材料可逆比容量的方法 - Google Patents

一种提高锂离子电池正极材料可逆比容量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高锂离子电池正极材料可逆比容量的方法，所述锂离子电池正极材料为常规加锂煅烧工艺获得的钴酸锂、钴镍锰酸锂或锰酸锂锂离子电池正极材料，包括以下步骤：将钴酸锂、钴镍锰酸锂、锰酸锂锂离子电池正极材料放置于常压气氛炉内，将常压气氛炉内温度升温至在100-300℃，充入惰性气体驱除尽气氛炉内氧气后充入还原性气体，持续时间为30-180分钟。本发明通过对常规加锂煅烧工艺获得的钴酸锂、钴镍锰酸锂或锰酸锂正极材料进行还原处理，提高了正极材料的可逆比容量。本发明工艺简单、成本低廉、性能提升明显可靠，值得推广应用。

Description

一种提高锂离子电池正极材料可逆比容量的方法
技术领域
本发明涉及一种提高现有方法生产的钴酸锂、三元材料（钴镍锰酸锂）、锰酸锂（包括改性锰酸锂）锂离子电池正极材料的可逆比容量的方法。
背景技术
在锂离子电池的组成中，正极材料是决定锂离子电池性能的关键。在目前商品化的锂离子电池中，正极材料主要采用的是钴酸锂、三元材料（钴镍锰酸锂）、锰酸锂（包括改性锰酸锂）及磷酸亚铁锂。除磷酸亚铁锂外，目前其它正极材料的实际可逆比容量均与其可逆比理论容量有较大差距。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高现有加锂煅烧工艺获得的钴酸锂、三元材料（钴镍锰酸锂）、锰酸锂（包括改性锰酸锂）正极材料生产工艺生产的正极材料的可逆比容量的方法。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种提高锂离子电池正极材料可逆比容量的方法，所述锂离子电池正极材料为常规加锂煅烧工艺获得的钴酸锂、钴镍锰酸锂或锰酸锂（包括改性锰酸锂）锂离子电池正极材料，其特征在于，包括以下步骤：
将钴酸锂、钴镍锰酸锂或锰酸锂（包括改性锰酸锂）锂离子电池正极材料放于瓷舟，将瓷舟置于常压气氛炉内，
将常压气氛炉内温度升温至在100-300℃，充入惰性气体驱除尽气氛炉内氧气后充入还原性气体，持续30-180分钟，随炉降温即可。
优选的，在所述锂离子电池正极材料放置于常压气氛炉之前，对锂离子电池正极材料粉碎、烘干、筛分。
优选的，所述惰性气体为氩气，所述还原性气体为氢气。
上述方法所得到的钴酸锂、三元材料（钴镍锰酸锂）、锰酸锂（包括改性锰酸锂）正极材料，经过实验证明，其可逆比容量均较本发明处理前提高了8.5%～15%。
本发明的技术原理是：目前钴酸锂、三元材料（钴镍锰酸锂）、锰酸锂（包括改性锰酸锂）正极材料的生产制备均采用加锂煅烧工艺。在加锂煅烧过程中，由于前驱体晶格被氧化锂撑开，活性增大，且氧化锂对氧吸引力强形成过氧化锂，使空气中氧渗入钴酸锂、钴镍锰酸锂、锰酸锂晶体结构中，从而在钴酸锂、钴镍锰酸锂、锰酸锂晶体结构存在少量的“过量氧”。这些“过量氧”的存在，降低了锂离子充出量，影响材料可逆比容量。因此，本发明在一定温度绝氧环境下，使用还原性气体对钴酸锂、钴镍锰酸锂、锰酸锂（包括改性锰酸锂）进行还原处理，去除晶体结构存在的“过量氧”，克服了“过量氧”对锂离子的束缚，提升了正极材料的可逆比容量。
本发明通过对常规加锂煅烧工艺获得的钴酸锂、三元材料（钴镍锰酸锂）、锰酸锂（包括改性锰酸锂）正极材料进行还原处理，提高了正极材料的可逆比容量8.5%～15%。本发明工艺简单、成本低廉、性能提升明显可靠，值得推广应用。
具体实施方式
现有的加锂煅烧工艺制备钴酸锂、钴镍锰酸锂或锰酸锂及改性锰酸锂锂离子电池正极材料，包括以下步骤：
对钴酸锂、钴镍锰酸锂或锰酸锂及改性锰酸锂锂前驱体粉碎；在粉碎前驱体中加入锂盐，然后球磨、烘干后，在马弗炉中锻烧后，取出再粉碎，烘干，筛分，即得到相应的钴酸锂、钴镍锰酸锂或锰酸锂及改性锰酸锂锂离子电池正极材料。
以下结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
1、取10g按上述现有技术得到的钴酸锂锂离子电池正极材料，平铺于60mm×120mm的瓷舟中，将瓷舟置于常压气氛炉中。
2、在常压气氛炉中，以5℃/min的升温速度升温至100℃，同时充入氩气（常压），时间为半小时，驱除尽常压气氛炉内氧气。然后将氩气换成氢气或其它还原性气体(常压)，还原30分钟，随炉降温。
3、将制得的钴酸锂锂离子电池正极材料、未经气体还原的同批次产品分别制成的扣式电池检测，本实施例制得的钴酸锂的可逆比容量提高10-15mAh/g。
实施例2
1、取10g按上述现有技术得到的钴酸锂锂离子电池正极材料，平铺于60mm×120mm的瓷舟中，将瓷舟置于常压气氛炉中。
2、在常压气氛炉中，以5℃/min的升温速度升温至150℃，同时充入氩气（常压），时间为半小时，驱除尽常压气氛炉内氧气。然后将氩气换成氢气或其它还原性气体(常压)，还原100分钟，随炉降温。
3、将制得的钴酸锂锂离子电池正极材料、未经气体还原的同批次产品分别制成的扣式电池检测，本实施例制得的钴酸锂的可逆比容量提高15-20mAh/g。
实施例3
1、取50g按上述现有技术得到的钴酸锂锂离子电池正极材料，平铺于60mm×120mm的瓷舟中，将瓷舟置于常压气氛炉中。
2、在常压气氛炉中，以5℃/min的升温速度升温至300℃，同时充入氩气（常压），时间为半小时，驱除尽常压气氛炉内氧气。然后将氩气换成氢气或其它还原性气体(常压)，还原180分钟，随炉降温。
3、将制得的钴酸锂锂离子电池正极材料、未经气体还原的同批次产品分别制成的扣式电池检测，本实施例制得的钴酸锂的可逆比容量提高15-20mAh/g。
实施例4
1、取20g按上述现有技术得到的钴镍锰酸锂锂离子电池正极材料，平铺于60mm×120mm的瓷舟中，放置在常压气氛炉中。
2、在常压气氛炉中，以5℃/min的升温速度升温至在190℃，同时充入氩气（常压），时间为半小时，驱除尽常压气氛炉内氧气。然后换成氢气或其它还原性气体(常压)还原180分钟，随炉降温。
3、将制得的钴镍锰酸锂锂离子电池正极材料、未经气体还原的产品（同批次）分别制成的扣式电池检测，本实施例制得的钴镍锰酸锂的可逆比容量提高15-25mAh/g。
实施例5
1、取10g按上述现有技术得到的钴镍锰酸锂锂离子电池正极材料，平铺于60mm×120mm的瓷舟中，放置在常压气氛炉中。
2、在常压气氛炉中，以6℃/min的升温速度升温至在300℃，同时充入氩气（常压），时间为半小时，驱除尽常压气氛炉内氧气。然后换成氢气或其它还原性气体(常压)还原30分钟，随炉降温。
3、将制得的钴镍锰酸锂锂离子电池正极材料、未经气体还原的产品（同批次）分别制成的扣式电池检测，本实施例制得的钴镍锰酸锂的可逆比容量提高15-20mAh/g。
实施例6
1、取20g按上述现有技术得到的钴镍锰酸锂锂离子电池正极材料，平铺于60mm×120mm的瓷舟中，放置在常压气氛炉中。
2、在常压气氛炉中，以5℃/min的升温速度升温至在100℃，同时充入氩气（常压），时间为半小时，驱除尽常压气氛炉内氧气。然后换成氢气或其它还原性气体(常压)还原170分钟，随炉降温。
3、将制得的钴镍锰酸锂锂离子电池正极材料、未经气体还原的产品（同批次）分别制成的扣式电池检测，本实施例制得的钴镍锰酸锂的可逆比容量提高15-25mAh/g。
实施例7
1、取50g按上述现有技术得到的锰酸锂或改性锰酸锂锂离子电池正极材料，平铺于60mm×120mm的瓷舟中，放置在常压气氛炉中。
2、在常压气氛炉中，以5℃/min的升温速度升温至200℃，同时充入氩气（常压），时间为半小时，驱除尽常压气氛炉内氧气。然后换成氢气或其它还原性气体(常压)还原120分钟，随炉降温。
3、将制得的锰酸锂或改性锰酸锂锂离子电池正极材料、未经气体还原的产品（同批次）分别制成的扣式电池检测，本实施例制得的锰酸锂的可逆比容量提高了25-35mAh/g。
实施例8
1、取10g按上述现有技术得到的锰酸锂或改性锰酸锂锂离子电池正极材料，平铺于60mm×120mm的瓷舟中，放置在常压气氛炉中。
2、在常压气氛炉中，以5℃/min的升温速度升温至300℃，同时充入氩气（常压），时间为半小时，驱除尽常压气氛炉内氧气。然后换成氢气或其它还原性气体(常压)还原30分钟，随炉降温。
3、将制得的锰酸锂或改性锰酸锂锂离子电池正极材料、未经气体还原的产品（同批次）分别制成的扣式电池检测，本实施例制得的锰酸锂的可逆比容量提高了25-35mAh/g。
实施例9
1、取30g按上述现有技术得到的锰酸锂或改性锰酸锂锂离子电池正极材料，平铺于60mm×120mm的瓷舟中，放置在常压气氛炉中。
2、在常压气氛炉中，以5℃/min的升温速度升温至100℃，同时充入氩气（常压），时间为半小时，驱除尽常压气氛炉内氧气。然后换成氢气或其它还原性气体(常压)还原180分钟，随炉降温。
3、将制得的锰酸锂或改性锰酸锂锂离子电池正极材料、未经气体还原的产品（同批次）分别制成的扣式电池检测，本实施例制得的锰酸锂的可逆比容量提高了25-30mAh/g。
以上所述仅为本发明的某种实施方式，不是全部或唯一的实施方式。相关领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，如还原气体、还原温度、还原设备等，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种提高锂离子电池正极材料可逆比容量的方法，所述锂离子电池正极材料为现有加锂煅烧工艺获得的钴酸锂、钴镍锰酸锂、锰酸锂或改性锰酸锂锂离子电池正极材料，其特征在于，包括以下步骤：
将钴酸锂、钴镍锰酸锂、锰酸锂或改性锰酸锂锂离子电池正极材料放置于常压气氛炉内，
将常压气氛炉内温度升温至100-300℃，充入惰性气体驱除尽气氛炉内氧气后充入还原性气体，持续30-180分钟，随炉降温。
2.根据权利要求1所述的提高锂离子电池正极材料可逆比容量的方法，其特征在于，在所述锂离子电池正极材料放置于常压气氛炉之前，对锂离子电池正极材料粉碎、烘干、筛分。
3.根据权利要求1或2所述的提高锂离子电池正极材料可逆比容量的方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气，所述还原性气体为氢气。
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