CN106299274B - 一种锂离子电池用铕掺杂钴酸锂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种锂离子电池用铕掺杂钴酸锂材料的制备方法，其包括以下步骤：a）按化学计量比称取碳酸锂、氧化钴和氧化铕；b）向步骤a称取的原料中加入无水乙醇，球磨，取出烘干得到铕掺杂钴酸锂原料；c）向由步骤b制得的铕掺杂钴酸锂原料中加醋酯纤维和氯化钾‑氯化钠混合熔盐，再加入无水乙醇，球磨然后烘干；d）将经步骤c处理后的原料，进行烧结，烧结完成冷却后，用水清洗所得的粉体，并烘干，制得铕掺杂钴酸锂。本发明中的锂离子电池用铕掺杂钴酸锂材料具有更高的放电容量和克容量，为中空管状结构，其管壁为疏松结构，能够缓解充放电过程中的体积膨胀问题，能够改善锂离子电池的循环性能。

Description

一种锂离子电池用铕掺杂钴酸锂的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池用铕掺杂钴酸锂的制备方法。
背景技术
锂离子电池与铅酸、镉镍等其他类型的电池相比具有比容量大、工作电压高、充电速度快、工作温度范围宽、循环寿命长、体积小、重量轻、绿色无污染等优点。目前，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、电动工具等领域，并且其应用范围越来越广泛，新型数码电子产品的迅猛发展以对锂离子电池的能量密度和高可靠性提出了越来越高的要求。
如同其他二次电池一般，正极材料在锂离子电池中也占据极高的地位，与负极材料一起决定着锂离子电池的性能，传统锂离子电池中常采用钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂或者镍钴锰酸锂等含锂的材料作为锂离子电池的正极材料，近来磷酸铁锂材料也越来越成为关注的焦点，但是这些锂离子电池正极材料仍旧存在一些缺陷，比如放电容量还是没有能够有客观的提高，克容量也仍旧较小，极大的限制了锂离子电池成品容量的增长，也限制了锂离子电池向小型化微型化发展；限制了锂离子动力汽车的发展，在不增加电动力汽车自重的前提下，其续航里程增长缓慢，甚至难以增长；同样也限制了手机等移动设备的续航能力，由于移动设备趋向于小型化和轻薄化发展，也对其搭载的锂离子电池提出来更高的要求，在需要满足更小体型和更大容量的要求时，现有的锂离子电池难以达到类似的要求。这些限制锂离子电池及相关产业发展的重要因素是锂离子电池的电极材料的限制，特别是锂离子电池正极材料的限制，若要打破这种限制，需要开发一种具有更高放电容量和克容量的锂离子电池正极材料，这样才能助力移动设备往轻薄化和高续航方向发展，也才能助力我国的纯电动或混合动力汽车的发展。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种具有更高放电容量和克容量、更加稳定的锂离子电池用铕掺杂钴酸锂正极材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种锂离子电池用铕掺杂钴酸锂的制备方法，包含以下步骤：
a）按LiCo0.95Eu0.05O2的化学计量比称取碳酸锂、氧化钴和氧化铕，使Li、Co和Eu的摩尔比为1：0.95：0.05，碳酸锂、氧化钴和氧化铕的总质量为100重量份；
b）向步骤a称取的原料中加入200～300重量份的无水乙醇，并在2000～2500rpm下球磨2～4小时，之后取出烘干得到铕掺杂钴酸锂原料；
c）向由步骤b制得的铕掺杂钴酸锂原料中加入10～20重量份的醋酯纤维和100～120重量份的氯化钾氯化钠混合熔盐，再加入400～500重量份的无水乙醇，并在2000～2500rpm下球磨6～8小时，然后烘干；
d）将经步骤c处理后的原料，在750～800℃下烧结4～6小时，烧结完成冷却后，用水清洗所得的粉体，并烘干，制得铕掺杂钴酸锂。
铕是一种稀土元素，铕元素的添加可以改善材料的电学性能，在钴酸锂材料中添加微量的铕元素可以改善钴酸锂材料的电学性能，可以提高钴酸锂材料的放电容量和克容量。醋酯纤维为微纳级的纤维，醋酯纤维强度和弹性都较优良，并且微纳级的醋酯纤维具有较大的比表面积，能够吸附大量的原料粉体，特别是能够吸附大量的经无水乙醇润湿后的原料粉体，使得经过烧结后的铕掺杂钴酸锂材料具有空心管状结构；由于本发明中采用醋酯纤维作为铕掺杂钴酸锂材料合成的模板，合成的铕掺杂钴酸锂材料为中空的管状，并且其管壁为疏松多孔结构，这是由于在煅烧过程中，醋酯纤维受热分解产生气体，冲击四周的铕掺杂钴酸锂材料所造成的，该种中空的结构可以在充放电过程中防止铕掺杂钴酸锂材料发生膨胀，可以改善锂离子电池的循环性能。
作为优选，步骤c中的醋酯纤维，其直径为0.1～1μm，长度5～15μm。
该尺寸的醋酯纤维可以使制得的铕掺杂钴酸锂材料的尺寸维持在微纳级，而且使制得的铕掺杂钴酸锂材料具有较大的比表面积，在锂离子电池中使用时，与电解液接触更加紧密更充分。
作为优选，步骤c中醋酯纤维的长度为5～10μm。
作为优选，步骤c中的氯化钠-氯化钾混合熔盐中，氯化钾与氯化钠的摩尔比1：1～1.5。
氯化钠-氯化钾熔盐体系具有熔融温度低，扩散效果好的特点，氯化钠与氯化钾摩尔比为1：1～1.5的范围内，体系的熔融温度为720℃左右，在720℃以上时，整个反应体系呈现液态，其中的铕掺杂钴酸锂材料的原料反应速率加快，反应生成的铕掺杂钴酸锂材料也更加的均匀。
作为优选，步骤d中，烧结时先在600～650℃保温2～3小时。
由于醋酯纤维是一种在低温下就会受热分解的有机纤维，其分解温度大概为600℃左右，因此在烧结时，先在600℃左右温度保温一段时间，让醋酯纤维在这个温度区间内先分解，同时让原料进行一个预烧结过程，使钴酸锂材料初步成型，拥有一个中空管状结构。
因此，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明中的锂离子电池用铕掺杂钴酸锂材料具有更高的放电容量和克容量；
（2）本发明中的锂离子电池用铕掺杂钴酸锂材料为中空管状结构，其管壁为疏松结构，能够缓解充放电过程中的体积膨胀问题；
（3）本发明中的锂离子电池用铕掺杂钴酸锂材料能够改善锂离子电池的循环性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
一种锂离子电池用铕掺杂钴酸锂的制备方法，包含以下步骤：
a）按LiCo0.95Eu0.05O2的化学计量比称取碳酸锂、氧化钴和氧化铕，使Li、Co和Eu的摩尔比为1：0.95：0.05，碳酸锂、氧化钴和氧化铕的总质量为100重量份；
b）向步骤a称取的原料中加入200重量份的无水乙醇，并在2000rpm下球磨2小时，之后取出烘干得到铕掺杂钴酸锂原料；
c）向由步骤b制得的铕掺杂钴酸锂原料中加入10重量份的醋酯纤维和100重量份的氯化钾氯化钠混合熔盐，再加入400重量份的无水乙醇，并在2000rpm下球磨6小时，然后烘干；氯化钠-氯化钾混合熔盐中，氯化钾与氯化钠的摩尔比1：1；
d）将经步骤c处理后的原料，在750℃下烧结4小时，烧结完成冷却后，用水清洗所得的粉体，并烘干，制得铕掺杂钴酸锂。
实施例2
一种锂离子电池用铕掺杂钴酸锂的制备方法，包含以下步骤：
a）按LiCo0.95Eu0.05O2的化学计量比称取碳酸锂、氧化钴和氧化铕，使Li、Co和Eu的摩尔比为1：0.95：0.05，碳酸锂、氧化钴和氧化铕的总质量为100重量份；
b）向步骤a称取的原料中加入250重量份的无水乙醇，并在2250rpm下球磨3小时，之后取出烘干得到铕掺杂钴酸锂原料；
c）向由步骤b制得的铕掺杂钴酸锂原料中加入15重量份的醋酯纤维和110重量份的氯化钾氯化钠混合熔盐，再加入450重量份的无水乙醇，并在2250rpm下球磨7小时，然后烘干；氯化钠-氯化钾混合熔盐中，氯化钾与氯化钠的摩尔比1：1.2；
d）将经步骤c处理后的原料，在770℃下烧结5小时，烧结完成冷却后，用水清洗所得的粉体，并烘干，制得铕掺杂钴酸锂。
实施例3
一种锂离子电池用铕掺杂钴酸锂的制备方法，包含以下步骤：
a）按LiCo0.95Eu0.05O2的化学计量比称取碳酸锂、氧化钴和氧化铕，使Li、Co和Eu的摩尔比为1：0.95：0.05，碳酸锂、氧化钴和氧化铕的总质量为100重量份；
b）向步骤a称取的原料中加入300重量份的无水乙醇，并在2500rpm下球磨4小时，之后取出烘干得到铕掺杂钴酸锂原料；
c）向由步骤b制得的铕掺杂钴酸锂原料中加入20重量份的醋酯纤维和120重量份的氯化钾氯化钠混合熔盐，再加入500重量份的无水乙醇，并在2500rpm下球磨8小时，然后烘干；氯化钠-氯化钾混合熔盐中，氯化钾与氯化钠的摩尔比1：1.5；
d）将经步骤c处理后的原料，在800℃下烧结6小时，烧结完成冷却后，用水清洗所得的粉体，并烘干，制得铕掺杂钴酸锂。
实施例4
一种锂离子电池用铕掺杂钴酸锂的制备方法，包含以下步骤：
a）按LiCo0.95Eu0.05O2的化学计量比称取碳酸锂、氧化钴和氧化铕，使Li、Co和Eu的摩尔比为1：0.95：0.05，碳酸锂、氧化钴和氧化铕的总质量为100重量份；
b）向步骤a称取的原料中加入200重量份的无水乙醇，并在2000rpm下球磨2小时，之后取出烘干得到铕掺杂钴酸锂原料；
c）向由步骤b制得的铕掺杂钴酸锂原料中加入10重量份的醋酯纤维和100重量份的氯化钾氯化钠混合熔盐，再加入400重量份的无水乙醇，并在2000rpm下球磨6小时，然后烘干；氯化钠-氯化钾混合熔盐中，氯化钾与氯化钠的摩尔比1：1，醋酯纤维的直径为0.1μm，长度5μm；
d）将经步骤c处理后的原料，先在600℃保温2小时，再在750℃下烧结4小时，烧结完成冷却后，用水清洗所得的粉体，并烘干，制得铕掺杂钴酸锂。
实施例5
一种锂离子电池用铕掺杂钴酸锂的制备方法，包含以下步骤：
a）按LiCo0.95Eu0.05O2的化学计量比称取碳酸锂、氧化钴和氧化铕，使Li、Co和Eu的摩尔比为1：0.95：0.05，碳酸锂、氧化钴和氧化铕的总质量为100重量份；
b）向步骤a称取的原料中加入250重量份的无水乙醇，并在2250rpm下球磨3小时，之后取出烘干得到铕掺杂钴酸锂原料；
c）向由步骤b制得的铕掺杂钴酸锂原料中加入15重量份的醋酯纤维和110重量份的氯化钾氯化钠混合熔盐，再加入450重量份的无水乙醇，并在2250rpm下球磨7小时，然后烘干；氯化钠-氯化钾混合熔盐中，氯化钾与氯化钠的摩尔比1：1.3，醋酯纤维的直径为0.5μm，长度5μm；
d）将经步骤c处理后的原料，先在630℃保温2.5小时，再在780℃下烧结5小时，烧结完成冷却后，用水清洗所得的粉体，并烘干，制得铕掺杂钴酸锂。
实施例6
一种锂离子电池用铕掺杂钴酸锂的制备方法，包含以下步骤：
a）按LiCo0.95Eu0.05O2的化学计量比称取碳酸锂、氧化钴和氧化铕，使Li、Co和Eu的摩尔比为1：0.95：0.05，碳酸锂、氧化钴和氧化铕的总质量为100重量份；
b）向步骤a称取的原料中加入300重量份的无水乙醇，并在2500rpm下球磨4小时，之后取出烘干得到铕掺杂钴酸锂原料；
c）向由步骤b制得的铕掺杂钴酸锂原料中加入20重量份的醋酯纤维和120重量份的氯化钾氯化钠混合熔盐，再加入500重量份的无水乙醇，并在2500rpm下球磨8小时，然后烘干；氯化钠-氯化钾混合熔盐中，氯化钾与氯化钠的摩尔比1：1.5，醋酯纤维的直径为1μm，长度15μm；
d）将经步骤c处理后的原料，先在650℃保温3小时，再在800℃下烧结6小时，烧结完成冷却后，用水清洗所得的粉体，并烘干，制得铕掺杂钴酸锂。
检测与结果：
1.经SEM对制得的铕掺杂钴酸锂材料进行表面形貌测试可以得知，合成的铕掺杂钴酸锂材料为中空的管状结构，管壁粗糙，与模板材料醋酯纤维的形貌相类似；
2.将制得的铕掺杂钴酸锂材料按照现有技术组装锂离子电池经锂离子电池倍率性能测试，在1C倍率下，放电比容量在150mAh/g以上，在常温下充放电循环1000次以上其放电比容量仍旧维持在130mAh/g以上。

Claims (5)

1.一种锂离子电池用铕掺杂钴酸锂的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
a）按LiCo0.95Eu0.05O2的化学计量比称取碳酸锂、氧化钴和氧化铕，使Li、Co和Eu的摩尔比为1：0.95：0.05，碳酸锂、氧化钴和氧化铕的总质量为100重量份；
b）向步骤a称取的原料中加入200～300重量份的无水乙醇，并在2000～2500rpm下球磨2～4小时，之后取出烘干得到铕掺杂钴酸锂原料；
c）向由步骤b制得的铕掺杂钴酸锂原料中加入10～20重量份的醋酯纤维和100～120重量份的氯化钾氯化钠混合熔盐，再加入400～500重量份的无水乙醇，并在2000～2500rpm下球磨6～8小时，然后烘干；
d）将经步骤c处理后的原料，在750～800℃下烧结4～6小时，烧结完成冷却后，用水清洗所得的粉体，并烘干，制得铕掺杂钴酸锂。
2.据权利要求1所述的一种锂离子电池用铕掺杂钴酸锂的制备方法，其特征在于：所述步骤c中的醋酯纤维，其直径为0.1～1μm，长度5～15μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池用铕掺杂钴酸锂的制备方法，其特征在于：所述步骤c中醋酯纤维的长度为5～10μm。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用铕掺杂钴酸锂的制备方法，其特征在于：所述步骤c中的氯化钠氯化钾混合熔盐中，氯化钾与氯化钠的摩尔比1：1～1.5。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用铕掺杂钴酸锂的制备方法，其特征在于：所述步骤d中，烧结时先在600～650℃保温2～3小时。
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Effective date of registration: 20200927

Address after: No. 57, development avenue, Huaikan Industrial Park, Meishan Town, Changxing County, Huzhou City, Zhejiang Province

Patentee after: Changxing Yufeng Business Information Consulting Co., Ltd

Address before: 313119 Zhejiang city of Huzhou province Changxing County coal town Huai Kan Industrial Park

Patentee before: ZHEJIANG CHANGXING KISUN POWER SUPPLY Co.,Ltd.

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Address after: 313100 new industrial park, pheasant Town, Huzhou, Zhejiang, Changxing County

Patentee after: Chaowei Power Group Co.,Ltd.

Address before: 313100 in Zhejiang Changxing golden sun power Co., Ltd., No. 57, development avenue, Huaikan Industrial Park, Meishan Town, Changxing County, Huzhou City, Zhejiang Province

Patentee before: Changxing Yufeng Business Information Consulting Co., Ltd

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