CN106299333A - 锂离子电池正极材料的改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了锂离子电池正极材料的改性方法，该方法通过将锂离子电池正极材料置于磁极固定的磁场中进行磁化处理制得锂离子电池正极材料。该方法简单安全，效率高，适合大规模生产，制得的锂离子电池正极材料具有能量密度高、低温性能好、循环性能好等优点。

Description

锂离子电池正极材料的改性方法
技术领域
本发明涉及新型能源材料的改性处理，具体涉及锂离子电池正极材料的改性方法。
背景技术
锂离子电池具有的电压高，放电平稳，大电流放电性能，比能量高、无污染、循环性能好的等优点。近年来锂离子电池产业日渐成熟，因此被广泛应用于手机、电脑、汽车等各种产品中，随着锂离子电池性能不断提高改进，锂离子电池的正极材料的研究也被提出更高要求。
目前市面上使用的锂电池正极材料主要有LiCoO2、LiMn2O4、NiCoMn三元材料和磷酸铁锂四种，而磷酸铁锂材料异军突起，已经在动力电池、混合电动车和纯电动车得到大量应用，产量也在逐步增加。但是，目前市面上使用的锂电池正极材料性能存在能量密度低、低温性能差、循环性能差等缺陷，从而限制了其使用推广。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种操作简单、步骤可控的锂离子电池正极材料性能的改性方法。
本发明的目的之二是提供由上述方法改性而成的具有能量密度高、低温性能好、循环性能好等优异性能的锂离子电池正极材料。
本发明提供的锂离子电池正极材料的改性方法，该方法为将所述锂离子电池正极材料进行磁化处理，且所述磁化处理于磁极固定的磁场中进行；其中，所述磁场的强度为5000-40000GS，所述磁化处理的时间为2-72h。
在上述制备方法中，电极材料的具体种类可以在宽的范围内选择，电极材料为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂、镍钴二元材料、镍钴铝材料、镍钴锰酸锂材料中的一种或多种，优选地，电极材料为磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、钴酸锂、镍钴铝中的一种或多种。
在上述制备方法中，电极材料的形状可以在宽的范围内选择，为球形、土豆形或不规则形状，优选地，电极材料粒度D50为2-30μm。
在上述制备方法中，磁化处理可以在不锈钢、棉质微孔布或聚丙烯薄膜上进行。
在上述制备方法中，聚丙烯薄膜的孔隙大小可以在宽的范围内选择，为提高电极材料的磁化效果，优选地，聚丙烯薄膜的孔隙小于1μm。
在上述制备方法中，产生磁场的磁体为磁铁和/或电磁。
本发明提供的锂离子电池正极材料是通过上述的改性方法改性而成。
通过上述技术方案，本发明通过将锂离子电池正极材料置于磁极固定的磁场中进行磁化处理制得锂离子电池正极材料。该方法简单安全，效率高，适合大规模生产，制得的锂离子电池正极材料具有能量密度高、低温性能好、循环性能好等优异性能。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是检测例1中的磷酸铁锂材料A1和B1的X-射线粉末衍射(XRD)图；
图2是检测例2中的磷酸铁锂材料A1的扫描电子显微镜(SEM)图；
图3是检测例2中的未进行磁化处理的磷酸铁锂材料B1的扫描电子显微镜(SEM)图；
图4是检测例3中的磷酸铁锂材料A1和B1在20℃，2.5-4.1V电压区间、0.1C倍率下的充放电曲线图；
图5是检测例3中的磷酸铁锂材料A1和B1在-10℃，2.5-4.1V电压区间、0.1C倍率下的充放电曲线图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1
将磷酸铁锂盛于棉质微孔布袋(布的孔隙小于1μm)，置于长、宽、高分别为60mm、60mm、50mm的两块磁铁形成的强度为8000GS的磁场中静置磁化处理48小时制得磷酸铁锂正极材料A1。
实施例2
将磷酸铁锂盛于长、宽、高分别为50mm、50mm、40mm的壁厚为0.1mm的不锈钢盒中(不锈钢网壁的网孔隙小于1μm)，然后置于长、宽、高分别为60mm、60mm、50mm的两块磁铁形成的强度为5000GS的磁场中静置磁化处理72小时制得磷酸铁锂正极材料A2。
实施例3
将磷酸铁锂材料盛于长、宽、高分别为230mm、180mm、30mm的壁厚为0.1mm的不锈钢盒中(不锈钢网壁的网孔隙小于1μm)，然后置于面积为500mm×400mm、间距为100mm强度为40000GS的电磁场中静置磁化处理2小时制得磷酸铁锂正极材料A3。
实施例4
将锰酸锂材料盛于长、宽、高分别为200mm、100mm、30mm的PE袋中(PE袋的孔隙小于1μm)，然后置于长、宽、高分别为300mm、150mm、50mm的两块磁铁形成的强度为10000GS的磁场中静置磁化处理36小时制得锰酸锂正极材料A4。
实施例5
将镍钴锰酸锂材料盛于长、宽、高分别为200mm、100mm、30mm的PE袋中(PE袋的孔隙小于1μm)，然后置于长、宽、高分别为300mm、150mm、50mm的两块磁铁形成的强度为18000GS的磁场中静置磁化处理24小时制得镍钴锰酸锂正极材料A5。
实施例6
将钴酸锂材料盛于长、宽、高分别为200mm、100mm、30mm的PE袋中(PE袋的孔隙小于1μm)，然后置于长、宽、高分别为300mm、150mm、50mm的两块磁铁形成的强度为13000GS的磁场中，静置磁化处理50小时制得钴酸锂正极材料A6。
实施例7
将镍钴铝材料盛于长、宽、高分别为230mm、180mm、30mm的壁厚为0.1mm的不锈钢盒中(不锈钢网壁的孔隙小于1μm)，然后置于面积为500mm×400mm、间距为100mm强度为30000GS的电磁场中，静置磁化处理2小时制得钴酸锂正极材料A7。
检测例1
用日本岛津公司XRD-7000S型号的X-射线粉末衍射仪对经磁化处理的磷酸铁锂材料A1和未经磁化处理的磷酸铁锂B1进行物相鉴定，结果见图1。由图可知，A1较B1峰更为明显，表明磁化处理后的磷酸铁锂磁性有了较大的提高。
按照相同的方法对A2-A7进行检测，检测结果与A1基本保持一致。
检测例2
用日本日电公司的JSM-6700F扫描电子显微镜对经磁化处理的磷酸铁锂材料A1和未经磁化处理的磷酸铁锂B1进行形貌分析，结果见图2和图3。由图可知，A1较B1形貌更为规整，粒径更小。
按照相同的方法对A2-A7进行检测，检测结果与A1基本保持一致。
检测例3
将实施例1中制得的磷酸铁锂材料A1与粘合剂聚偏二氟乙烯PVDF以及导电炭黑按92∶5∶3的重量比研磨混合，并加入N-甲基吡咯烷酮NMP作为分散剂调成浆料，均匀涂覆在Al箔上，110℃干燥10小时后辗压并冲片制得磷酸铁锂正极。接着在高纯氩气保护的德国布劳恩MBRAUN手套箱中，将制得的磷酸铁锂正极与电池负极片组装成扣式电池。其中，负极为金属锂片；电解液是含1mol/L LiPF6的体积比为EC:DMC:EMC＝1:1:1的混合溶液；隔膜为Celgard2400微孔膜。
将组装的纽扣式电池在2.5-4.1V的电压区间下，0.1C的倍率条件下，分别在20℃和-10℃进行恒流充放电测试，结果如图4和5。从图上可以看出，20℃时，电池的首次放电容量为155mAh/g，首次效率为96.03％；与此相对比，未经磁化处理的磷酸铁锂材料的首次放电容量为150.2mAh/g，首次效率为95.97％；-10℃时，电池的放电容量为114.6mAh/g，首次效率为85.33％，与此相对比，未经磁化处理的磷酸铁锂材料的首次放电容量仅为111.3mAh/g，首次效率为84.38％。
按照相同的方法对A2-A7进行检测，检测结果与A1的检测结果基本保持一致。
以上数据表明，经改性处理后的电池正极材料具有能量密度高、低温性能好、循环性能好等优异性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种锂离子电池正极材料的改性方法，其特征在于，所述改性方法为将所述锂离子电池正极材料进行磁化处理，且所述磁化处理于磁极固定的磁场中进行；
其中，所述磁场的强度为5000-40000GS，所述磁化处理的时间为2-72h。
2.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述电极材料为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂、镍钴二元材料、镍钴铝材料、镍钴锰酸锂材料中的一种或多种；
优选地，所述电极材料为磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、钴酸锂、镍钴铝中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的改性方法，其特征在于，所述电极材料的形状为球形、土豆形或不规则形状；所述电极材料粒度D50为2-30μm。
4.根据权利要求1或3所述的改性方法，其特征在于，所述磁化处理于不锈钢、棉质微孔布或聚丙烯薄膜上进行。
5.根据权利要求4所述的改性方法，其特征在于，所述聚丙烯薄膜的孔隙小于1μm。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的改性方法，其特征在于，产生所述磁场的磁体为磁铁和/或电磁。
7.一种锂离子电池正极材料，其特征在于，所述锂离子电池正极材料根据权利要求1-6中任意一项所述的改性方法改性而成。
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