CN113113580A - 一种电子烟专用高倍率高容量高平台兼顾的锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电子烟专用高倍率高容量高平台兼顾的锂离子电池，主要由掺杂Ce和Sm的钴酸锂颗粒以及包覆在其表面的包覆物组成；所述钴酸锂颗粒的分子式为LiaCo1‑b‑cCebSmcO2，其中，0.95≤a≤1.15，0.001≤b≤0.005，0.001≤c≤0.005，所述包覆物选自ZnO和NiO，其中所述ZnO为所述钴酸锂颗粒的0.5～2.5wt％，NiO为所述钴酸锂颗粒的0.5～2.5wt％，所述的锂离子电池解决了现有材料高压下倍率性和循环性能差的问题，是用于电子烟的理想材料。

Description

一种电子烟专用高倍率高容量高平台兼顾的锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种电子烟专用高倍率高容量高平台兼顾的锂离子电池。
背景技术
电子烟主要用于戒烟和替代香烟。目前市场上的电子烟包括电池杆和雾化器，电池杆包括两端分别设置有一个正极及一个负极的电池以及控制板，该控制板集成了气流传感器和控制电路等结构。雾化器包括电热丝以及烟液。当有吸烟动作时，控制板控制电池给雾化器供电，驱动电热丝发热产生烟雾。
然而，目前应用于电子烟上(尤其是雪茄电子烟产品)的电池存在较低容量、较低倍率的问题，使得电池的使用寿命较短，吸取无力等缺点。
发明内容
本发明提供了种电子烟专用高倍率高容量高平台兼顾的锂离子电池，主要由掺杂Ce和Sm的钴酸锂颗粒以及包覆在其表面的包覆物组成；所述钴酸锂颗粒的分子式为LiaCo1-b-cCebSmcO2，其中，0.95≤a≤1.15，0.001≤b≤0.005，0.001≤c≤0.005，所述包覆物选自ZnO和NiO，其中所述ZnO为所述钴酸锂颗粒的0.5～2.5wt％，NiO为所述钴酸锂颗粒的0.5～2.5wt％，所述的锂离子电池解决了现有材料高压下倍率性和循环性能差的问题，是用于电子烟的理想材料。
具体的方案如下：
一种电子烟专用高倍率高容量高平台兼顾的锂离子电池，主要由掺杂Ce和Sm的钴酸锂颗粒以及包覆在其表面的包覆物组成；
所述钴酸锂颗粒的分子式为LiaCo1-b-cCebSmcO2，其中，0.95≤a≤1.15，0.001≤b≤0.005，0.001≤c≤0.005；
所述包覆物选自ZnO和NiO。
优选的，所述钴酸锂材料的粒径为4-7μm；比表面积为0.3～0.5m2/g。
优选的，所述ZnO为所述钴酸锂颗粒的0.5～2.5wt％，NiO为所述钴酸锂颗粒的0.5～2.5wt％。
基于上述所述的锂离子电池的制备方法，包括下列步骤：
按照分子式的配比，将锂源、钴源、Ce源和Sm源混匀、造粒，将造粒得到的颗粒在300～550℃下热处理2～4小时，然后在表面包覆所述包覆物，之后烧结、破碎、过筛、除铁，即得。
优选的，所述混匀的方法为混合湿法研磨：在固含量为20～40wt％的条件下研磨至浆料粒度达到0.2～0.5μm；在所述研磨过程中加入重量为待研磨物0.02～0.5wt％的表面活性剂；所述表面活性剂选自聚甲基丙烯酸铵、硬脂酰胺、六甲基二硅氮烷、KD-1、十二烷基磺酸钠中的一种或多种。
优选的，所述造粒得到的颗粒大小在2～7μm之间，水分含量为0.5wt％以内；所述包覆为干式包覆。
优选的，所述烧结为：700～1000℃烧结4～12小时，通气量为5～15m3/h。
优选的，所述锂源为硝酸锂、所述钴源为硝酸钴、所述Ce源为硝酸铈，所述Sm源为硝酸钐。
基于上述所述的锂离子电池的用途，所述锂离子电池用于电子烟中。
本发明具有如下有益效果：
(1)在锂离子电池表面包覆组合物ZnO和NiO，并结合掺杂Ce和Sm元素，利用上述组分之间的协同作用，大大提高了锂离子电池在高压下的倍率性能、循环性能和安全性能。
(2)调整材料的比表面积、粒径等参数改善材料的球形度，从而提高其导电性能。
(3)通过改良锂离子电池的研磨、造粒、烧结等工艺条件，改善掺杂均匀性、晶形结构等，从而在分子结构上根本性地改善材料的导电性能以及加工性能，扩大应用范围。
具体实施方式
本发明下面将通过具体的实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。
实施例1
(1)将电池级硝酸钴、电池级硝酸锂、硝酸铈和硝酸钐按照预设的LiCo0.994Ce0.003Sm0.003O2化学计量比进行配料，然后在砂磨机内进行砂磨细化，原料砂磨要加入一定量的纯水，固含量的范围为30wt％，砂磨过程中要加入0.25wt％(与砂磨原料质量总和相比)的硬脂酰胺，经过一定的砂磨时间，待砂磨后浆料的粒度达到0.4μm，停止砂磨，放出砂磨浆料到带有搅拌的桶子里放置(开搅拌，使浆料各部分处在一个均匀的状态中)，待进行下一步处理。
(2)将步骤(1)得到的浆料进行喷雾造粒，制备出球形小粒径锂离子电池前驱体，颗粒大小在5μm之间，水分含量在0.5wt％以内，将得到的颗粒在500℃下处理3h得到热处理后的颗粒。
(3)干式包覆：将步骤(2)得到热处理后的颗粒转移至包覆设备内(双行星混合机或高混机)，并加入一定量的包覆物质(纳米ZnO和纳米NiO)，包覆时间为80min，所述ZnO为所述钴酸锂颗粒的1.5wt％，NiO为所述钴酸锂颗粒的1.5wt％，保证包覆物均匀包覆在球形钴酸锂前驱体表面。
(4)烧结：将包覆后的钴酸锂前驱体放在推板窑上进行高温烧结，生成半成品钴酸锂。最高烧结温度：800℃，主温区烧结时间：10小时，通入氧气，通气量控制范围为10m3/h。
(5)破碎、粉碎、过筛除铁。
实施例2
(1)将电池级硝酸钴、电池级硝酸锂、硝酸铈和硝酸钐按照预设的Li1.15Co0.994Ce0.005Sm0.001O2化学计量比进行配料，然后在砂磨机内进行砂磨细化，原料砂磨要加入一定量的纯水，固含量的范围为40wt％，砂磨过程中要加入0.5wt％(与砂磨原料质量总和相比)的六甲基二硅氮烷，经过一定的砂磨时间，待砂磨后浆料的粒度达到0.5μm，停止砂磨，放出砂磨浆料到带有搅拌的桶子里放置(开搅拌，使浆料各部分处在一个均匀的状态中)，待进行下一步处理。
(2)将步骤(1)得到的浆料进行喷雾造粒，制备出球形小粒径锂离子电池前驱体，颗粒大小在7μm之间，水分含量在0.5wt％以内，将得到的颗粒在550℃下处理2h得到热处理后的颗粒。
(3)干式包覆：将步骤(2)得到热处理后的颗粒转移至包覆设备内(双行星混合机或高混机)，并加入一定量的包覆物质(纳米ZnO和纳米NiO)，包覆时间为80min，所述ZnO为所述钴酸锂颗粒的0.5wt％，NiO为所述钴酸锂颗粒的2.5wt％，保证包覆物均匀包覆在球形钴酸锂前驱体表面。
(4)烧结：将包覆后的钴酸锂前驱体放在推板窑上进行高温烧结，生成半成品钴酸锂。最高烧结温度：1000℃，主温区烧结时间：4小时，通入氧气，通气量控制范围为15m3/h。
(5)破碎、粉碎、过筛除铁。
实施例3
(1)将电池级硝酸钴、电池级硝酸锂、硝酸铈和硝酸钐按照预设的Li0.95Co0.994Ce0.001Sm0.005O2化学计量比进行配料，然后在砂磨机内进行砂磨细化，原料砂磨要加入一定量的纯水，固含量的范围为20wt％，砂磨过程中要加入0.02wt％(与砂磨原料质量总和相比)的硬脂酰胺，经过一定的砂磨时间，待砂磨后浆料的粒度达到0.2μm，停止砂磨，放出砂磨浆料到带有搅拌的桶子里放置(开搅拌，使浆料各部分处在一个均匀的状态中)，待进行下一步处理。
(2)将步骤(1)得到的浆料进行喷雾造粒，制备出球形小粒径锂离子电池前驱体，颗粒大小在2μm之间，水分含量在0.5wt％以内，将得到的颗粒在300℃下处理4h得到热处理后的颗粒。
(3)干式包覆：将步骤(2)得到热处理后的颗粒转移至包覆设备内(双行星混合机或高混机)，并加入一定量的包覆物质(纳米ZnO和纳米NiO)，包覆时间为80min，所述ZnO为所述钴酸锂颗粒的2.5wt％，NiO为所述钴酸锂颗粒的0.5wt％，保证包覆物均匀包覆在球形钴酸锂前驱体表面。
(4)烧结：将包覆后的钴酸锂前驱体放在推板窑上进行高温烧结，生成半成品钴酸锂。最高烧结温度：700℃，主温区烧结时间：12小时，通入氧气，通气量控制范围为5m3/h。
(5)破碎、粉碎、过筛除铁。
对比例1
(1)将电池级硝酸钴、电池级硝酸锂和硝酸铈按照预设的LiCo0.994Ce0.006O2化学计量比进行配料，然后在砂磨机内进行砂磨细化，原料砂磨要加入一定量的纯水，固含量的范围为30wt％，砂磨过程中要加入0.25wt％(与砂磨原料质量总和相比)的硬脂酰胺，经过一定的砂磨时间，待砂磨后浆料的粒度达到0.4μm，停止砂磨，放出砂磨浆料到带有搅拌的桶子里放置(开搅拌，使浆料各部分处在一个均匀的状态中)，待进行下一步处理。
(2)将步骤(1)得到的浆料进行喷雾造粒，制备出球形小粒径锂离子电池前驱体，颗粒大小在5μm之间，水分含量在0.5wt％以内，将得到的颗粒在500℃下处理3h得到热处理后的颗粒。
(3)干式包覆：将步骤(2)得到热处理后的颗粒转移至包覆设备内(双行星混合机或高混机)，并加入一定量的包覆物质(纳米ZnO和纳米NiO)，包覆时间为80min，所述ZnO为所述钴酸锂颗粒的1.5wt％，NiO为所述钴酸锂颗粒的1.5wt％，保证包覆物均匀包覆在球形钴酸锂前驱体表面。
(4)烧结：将包覆后的钴酸锂前驱体放在推板窑上进行高温烧结，生成半成品钴酸锂。最高烧结温度：800℃，主温区烧结时间：10小时，通入氧气，通气量控制范围为10m3/h。
(5)破碎、粉碎、过筛除铁。
对比例2
(1)将电池级硝酸钴、电池级硝酸锂和硝酸钐按照预设的LiCo0.994Sm0.006O2化学计量比进行配料，然后在砂磨机内进行砂磨细化，原料砂磨要加入一定量的纯水，固含量的范围为30wt％，砂磨过程中要加入0.25wt％(与砂磨原料质量总和相比)的硬脂酰胺，经过一定的砂磨时间，待砂磨后浆料的粒度达到0.4μm，停止砂磨，放出砂磨浆料到带有搅拌的桶子里放置(开搅拌，使浆料各部分处在一个均匀的状态中)，待进行下一步处理。
(2)将步骤(1)得到的浆料进行喷雾造粒，制备出球形小粒径锂离子电池前驱体，颗粒大小在5μm之间，水分含量在0.5wt％以内，将得到的颗粒在500℃下处理3h得到热处理后的颗粒。
(3)干式包覆：将步骤(2)得到热处理后的颗粒转移至包覆设备内(双行星混合机或高混机)，并加入一定量的包覆物质(纳米ZnO和纳米NiO)，包覆时间为80min，所述ZnO为所述钴酸锂颗粒的1.5wt％，NiO为所述钴酸锂颗粒的1.5wt％，保证包覆物均匀包覆在球形钴酸锂前驱体表面。
(4)烧结：将包覆后的钴酸锂前驱体放在推板窑上进行高温烧结，生成半成品钴酸锂。最高烧结温度：800℃，主温区烧结时间：10小时，通入氧气，通气量控制范围为10m3/h。
(5)破碎、粉碎、过筛除铁。
对比例3
(1)将电池级硝酸钴、电池级硝酸锂、硝酸铈和硝酸钐按照预设的LiCo0.994Ce0.003Sm0.003O2化学计量比进行配料，然后在砂磨机内进行砂磨细化，原料砂磨要加入一定量的纯水，固含量的范围为30wt％，砂磨过程中要加入0.25wt％(与砂磨原料质量总和相比)的硬脂酰胺，经过一定的砂磨时间，待砂磨后浆料的粒度达到0.4μm，停止砂磨，放出砂磨浆料到带有搅拌的桶子里放置(开搅拌，使浆料各部分处在一个均匀的状态中)，待进行下一步处理。
(2)将步骤(1)得到的浆料进行喷雾造粒，制备出球形小粒径锂离子电池前驱体，颗粒大小在5μm之间，水分含量在0.5wt％以内，将得到的颗粒在500℃下处理3h得到热处理后的颗粒。
(3)干式包覆：将步骤(2)得到热处理后的颗粒转移至包覆设备内(双行星混合机或高混机)，并加入一定量的包覆物质(纳米ZnO)，包覆时间为80min，所述ZnO为所述钴酸锂颗粒的3wt％，保证包覆物均匀包覆在球形钴酸锂前驱体表面。
(4)烧结：将包覆后的钴酸锂前驱体放在推板窑上进行高温烧结，生成半成品钴酸锂。最高烧结温度：800℃，主温区烧结时间：10小时，通入氧气，通气量控制范围为10m3/h。
(5)破碎、粉碎、过筛除铁。
对比例4
(1)将电池级硝酸钴、电池级硝酸锂、硝酸铈和硝酸钐按照预设的LiCo0.994Ce0.003Sm0.003O2化学计量比进行配料，然后在砂磨机内进行砂磨细化，原料砂磨要加入一定量的纯水，固含量的范围为30wt％，砂磨过程中要加入0.25wt％(与砂磨原料质量总和相比)的硬脂酰胺，经过一定的砂磨时间，待砂磨后浆料的粒度达到0.4μm，停止砂磨，放出砂磨浆料到带有搅拌的桶子里放置(开搅拌，使浆料各部分处在一个均匀的状态中)，待进行下一步处理。
(2)将步骤(1)得到的浆料进行喷雾造粒，制备出球形小粒径锂离子电池前驱体，颗粒大小在5μm之间，水分含量在0.5wt％以内，将得到的颗粒在500℃下处理3h得到热处理后的颗粒。
(3)干式包覆：将步骤(2)得到热处理后的颗粒转移至包覆设备内(双行星混合机或高混机)，并加入一定量的包覆物质(纳米NiO)，包覆时间为80min，所述NiO为所述钴酸锂颗粒的3wt％，保证包覆物均匀包覆在球形钴酸锂前驱体表面。
(4)烧结：将包覆后的钴酸锂前驱体放在推板窑上进行高温烧结，生成半成品钴酸锂。最高烧结温度：800℃，主温区烧结时间：10小时，通入氧气，通气量控制范围为10m3/h。
(5)破碎、粉碎、过筛除铁。
实验与数据
表征实施例1-3与对比例1-4所得材料的电化学性能，结果如表1。
表1
Figure BDA0002974796100000081
Figure BDA0002974796100000091
通过实施例1-3与对比例1-4的对比，可以看出，本申请的锂离子电池具有高倍率和高容量。
将实施例1的锂离子电池参考CN104183862A第21-26段内容制备的电子烟电池。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但是应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种电子烟专用高倍率高容量高平台兼顾的锂离子电池，其特征在于，主要由掺杂Ce和Sm的钴酸锂颗粒以及包覆在其表面的包覆物组成；
所述钴酸锂颗粒的分子式为LiaCo1-b-cCebSmcO2，其中，0.95≤a≤1.15，0.001≤b≤0.005，0.001≤c≤0.005；
所述包覆物选自ZnO和NiO。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述钴酸锂材料的粒径为4-7μm；比表面积为0.3～0.5m2/g。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述ZnO为所述钴酸锂颗粒的0.5～2.5wt％，NiO为所述钴酸锂颗粒的0.5～2.5wt％。
4.权利要求1-3任一项所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
按照分子式的配比，将锂源、钴源、Ce源和Sm源混匀、造粒，将造粒得到的颗粒在300～550℃下热处理2～4小时，然后在表面包覆所述包覆物，之后烧结、破碎、过筛、除铁，即得。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述混匀的方法为混合湿法研磨：在固含量为20～40wt％的条件下研磨至浆料粒度达到0.2～0.5μm；在所述研磨过程中加入重量为待研磨物0.02～0.5wt％的表面活性剂；所述表面活性剂选自聚甲基丙烯酸铵、硬脂酰胺、六甲基二硅氮烷、KD-1、十二烷基磺酸钠中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述造粒得到的颗粒大小在2～7μm之间，水分含量为0.5wt％以内；所述包覆为干式包覆。
7.根据权利要求4所述的钴酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述烧结为：700～1000℃烧结4～12小时，通气量为5～15m3/h。
8.根据权利要求4所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述锂源为硝酸锂、所述钴源为硝酸钴、所述Ce源为硝酸铈，所述Sm源为硝酸钐。
9.根据权利要求1-3任一项所述的锂离子电池或权利要求4-8任一项所述的锂离子电池的制备方法制备的锂离子电池的用途，其特征在于：所述锂离子电池用于电子烟中。
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